KR100436868B1 - 내연기관용점화장치 - Google Patents

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KR100436868B1
KR100436868B1 KR1019960072355A KR19960072355A KR100436868B1 KR 100436868 B1 KR100436868 B1 KR 100436868B1 KR 1019960072355 A KR1019960072355 A KR 1019960072355A KR 19960072355 A KR19960072355 A KR 19960072355A KR 100436868 B1 KR100436868 B1 KR 100436868B1
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가부시끼가이샤 히다찌 카 엔지니어링
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Abstract

점화 코일에 흐르는 일차 전류를 도통, 차단 제어하여 점화 코일의 2차측에 고전압을 발생시키는 스위칭 소자로서 절연 게이트형 바이폴라 트랜지스터를 이용한 점화 장치에서, 원칩 내에 절연 게이트형 바이폴라 트랜지스터와 N-MOS 트랜지스터로 이루어지는 전류 제한 회로를 설치하고, 전류 검출 부하 소자 및 회로 소자의 온도 계수에 기초하여 온도 특성을 상쇄하기 위해서 전류 검출 회로에 다이오드를 설치한다. 또, 내연 기관용 전자 제어 장치와 점화 장치를 결합시키는 접속 단자의 접촉 전류를 확보하고, 내연 기관용 전자 제어 장치와 점화 장치 사이의 단선 검출을 확실하게 행하기 위하여, 점화 장치의 입력 임피던스를 고의로 설정하든지, 또는 입력 단자와 GND 사이에 전류 조정용 블리더 저항을 설정하여, 접속부에 1mA 이상의 전류를 흐르게 하는 구성으로 한다.

Description

내연 기관용 점화 장치
본 발명은 내연 기관용 점화 장치에 관한 것으로, 특히 내연 기관용 전자 제어 장치(이하, 「ECU」라고 함)로부터 출력되는 점화 제어 신호에 따라서 점화 코일에 흐르는 일차 전류를 통전, 차단 제어하여, 그 2차측에 고전압을 발생시키는 스위칭 소자를 절연 게이트형 바이폴라 트랜지스터(이하 「IGBT」라고 함)로 구성한 내연 기관용 점화 장치에 관한 것이다.
종래의 점화 장치로서는, 예를 들면 일본 특개평 2-136563호 공보에 기재된 것이 있다. 이것은 전류 제한 회로를 바이폴라 트랜지스터 증폭 회로 또는 바이폴라 트랜지스터 차동 회로로 구성하고 있었다. 또, 전류 검출부는 저항 소자에 의한 전위차만으로의 검출로 되어 있었다.
상기 종래의 기술에서는, 전류 제한 회로를 바이폴라 트랜지스터 증폭 회로 또는 바이폴라 트랜지스터 차동 회로로 구성하고 있기 때문에, IGBT와 원칩(one-chip)으로 집적하는 데에는 아이솔레이션 또는 접합형 구조가 필요하고, 소자 면적 및 마스크 개수 증가 등에 의해 제조 공정이 복잡하게 되어 불리하였다. 또, 전류 검출부는 저항 소자에 의한 전위차만으로의 검출이기 때문에, 온도에 의한 검출 레벨로의 영향에 대하여 고려되고 있지 않았다.
또, IGBT가 전압 구동되는 것에 의해 입력 단자부의 접촉 전류가 너무 적어지게 됨에 따른 접속 신뢰성에 대해서는 어디에도 기술되어 있지 않다. 즉, IGBT를 ECU로부터의 점화 제어 신호로 다이렉트로 구동하는 점화 장치에 있어서는, IGBT가 절연 게이트형으로 형성된 전압 구동 타입의 스위칭 소자이기 때문에 ECU로부터의 점화 제어 신호에 대하여 전류를 거의 필요로 하지 않는다. 또, 전류 제한 회로를 갖는 경우에서도, 전류 제한이 걸리지 않는 경우는 거의 전류를 필요로 하지 않기 때문에, ECU와 점화 장치 간의 접속 단자부에는 ㎂ 정도의 미소한 전류밖에 흐르지 않는다. 이 때, 단자간의 확실한 접촉 신뢰성을 얻는 것이 필요하지만, 종래의 기술에서는 이 점에 대해서는 하등 배려되고 있지 않았다.
또, ECU와 조합된 점화 시스템으로서의 단락 검출 등 기능의 성립성 등에 대해서는 전혀 기술되어 있지 않다. 즉, 통상의 ECU는 그 출력부에서, ECU와 점화장치간의 단선 검출을 행하고 있다. 그러나, 상기 점화 장치를 이용한 경우, ECU로부터의 점화 장치에 전류가 거의 흐르지 않기 때문에 단선의 유무의 차가 거의 없어 ECU에서의 단선 검출이 불가능하게 되지만, 종래의 기술에서는 이 점에 대해서는 하등 배려되고 있지 않았다.
본 발명의 목적은, 전류 제한 회로를 IGBT와 원칩으로 집적할 때에, 소자 면적 및 마스크 개수 증가 등에 의해 제조 공정이 복잡하게 되지 않는 구조의 콤팩트한 내연 기관용 점화 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 전류 제한 기능에 대해서 온도 의존성이 적은 내연 기관용 점화 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, IGBT를 이용한 점화 장치와 ECU의 단자 사이의 확실한 접속 신뢰성을 얻는 것이 가능한 내연 기관용 점화 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, ECU 출력부에서의 접속의 단선 검출이 가능한 내연 기관의 점화 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위해서, 전류 제한 회로를 자기 분리형 N-MOS 트랜지스터 회로로 구성하고, 이 전류 제한 회로를 IGBT의 칩 내에 작성하도록 한 것을 특징으로 한다. 또, IGBT의 보호를 목적으로 한 보호 회로는, 전류 제한 회로의 다른 회로도 포함하여 IGBT와 함께 원칩으로 집약한다.
또, 본 발명은 전류 제한 회로부에 다이오드를 설치하여 전류 검출 회로의 온도에 의한 영향을 적게 하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명은 ECU로부터 점화 장치에 흘러 들어가는 전류를 1mA 이상이 되도록 점화 장치의 입력 임피던스를 설정하고, 접속 단자부의 접점 전류를 보호한 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 종래, 단자부의 산화를 방지하여 접속의 신뢰성을 확보하기 위해 이용되고 있던 Au에 비하여 저렴한 Sn 도금 단자를 사용할 수 있다.
또, 본 발명은 ECU로부터 점화 장치에 1mA 이상의 전류가 흐르는 회로 임피던스로 함으로써, 단선이 있었던 때의 ECU 출력단의 전압의 변화를 크게 할 수 있고, 통상의 ECU에서 이용되고 있는 점화 장치와의 사이의 단선 검출 수단을, IGBT를 이용한 점화 장치와의 조합에도 이용하는 것이 가능하게 된다.
도 1에서, 본 발명이 적용되는 통상의 점화 시스템의 일반적인 구성예를 나타낸다. 참조 부호 1은 ECU, 2는 점화 장치, 3은 점화 코일, 4는 점화 플러그를 나타낸다. ECU(1)의 출력단은 PNP 트랜지스터(9), NPN 트랜지스터(10), 저항(11)으로 구성되고, CPU(8)에 의해 산출된 적정한 점화 타이밍에 트랜지스터(9, 10)를 온, 오프하고, 점화 장치(2)에 하이(HIGH), 로우(LOW)의 펄스를 출력한다. 점화 장치(2)는 파워 트랜지스터(5)와, 하이브리드 IC(13)에 실장된 전류 검출용 부하(6), 전류 제어 회로(7), 및 입력 저항(12)으로 구성되고, ECU(1)의 출력 신호가 로우- 하이일 때 파워 트랜지스터(5)는 통전을 개시하고, 하이→로우로 차단됨으로써 파워 트랜지스터(5)의 콜렉터부에 300∼4
도 2에서, 본 발명의 일 실시예인 IGBT와 보호 회로를 원칩화한 점화 장치의 구성을 표시하는 내부 등가 회로를 나타낸다. 참조 부호 14는 점화 코일, 15는 점화 코일(14)의 1차 코일에 흐르는 1차 전류를 통전, 차단하는 주회로를 구성하는 메인 IGBT, 16은 1차 전류를 검지하는 전류 검출용 서브 IGBT이다. 참조 부호 17은 1차 전류를 검지하는 전류 검지 회로, 18은 게이트 전압을 제어하여 1차 전류를 설정치로 제한하는 전류 제한 회로, 19는 입력 저항이다. 참조 부호 20은 메인 IGBT(15), 서브 IGBT(16), 전류 검지 회로(17), 전류 제한 회로(18), 입력 저항(19)을 원칩으로 집약한 IC이다. 도 2에서 나타낸 본 실시예에서는, 도 1의 통상의 시스템에 대하여, 파워 트랜지스터, 전류 검출용 부하, 전류 제어 회로가 동일 원칩상의 집적 회로로 구성되어 있는 점에서 다르다.
도 3에서, 본 발명의 일 실시예의 점화 시스템의 상세 구성을 나타낸다.
점화 장치 입력단에는 입력 저항(26)이 설치되어 있다. 파워 트랜지스터(21)는 인헨스먼트형 n 채널 MOS 게이트 트랜지스터와 PNP 바이폴라 트랜지스터를 조합시킨 IGBT로서, 주회로를 구성하는 메인 IGBT 및 1차 전류를 검지하는 전류 검출용 서브 IGBT로 구성되고, 메인 IGBT와 서브 IGBT는 1000:1∼10000:1의 전류비로 분리되어 있다. 전류 검출용 부하 소자(22)는 서브 IGBT의 에미터와 GND 간에 설치되며, 확산 저항으로 원칩 내에 구성되어 있다. 예를 들면, 상기 비가 1000:1인 경우, 메인 IGBT에 8A가 흐르면 서브 IGBT에 8mA의 전류가 흐른다. 검출 전압을 0.8V로 하면, 0.8(V)/0.008(A)=100(Ω)이기 때문에 확산 저항을 100Ω으로 설정한다. 또 동일 조건에서, 상기 메인 IGBT와 서브 IGBT의 비가 10000:1인 경우는 확산 저항을 1kΩ으로 설정하면 된다. 이 비율과 저항치는 임의로 설정할 수 있다. 도 8에서 IGBT(58)내에 구성되는 확산 저항(57)의 예를 나타내고 있다.
전류 제어 회로의 입력단은 저항(27)으로 풀업된 다이오드(28, 29)의 순방향 전압에 의해 바이어스 전압이 걸려 있다. N-MOS 트랜지스터(23)의 게이트 임계 전압과 전류 검출용 부하 소자(22)의 온도 계수에 기초하여 온도 특성이 상쇄되도록 다이오드의 순방향 전압의 온도 계수를 설정함으로써, 전류와 검출 전압의 관계는 항상 일정하게 되고, 온도 계수를 갖지 않는 전류 검출을 가능하게 하고 있다.
일 예를 들면, 일반적으로 확산 저항은 2000∼3000 ppm의 정(正)의 온도 계수를 갖고 있기 때문에, 예를 들어 저항의 온도 계수를 2500ppm으로 하고, 검출 레벨을 0.8±0.2V(0.6∼1.0V)로 하면, 전류 검출 회로에서 100℃ 온도가 상승한 경우, 저항치는 25% 변화하기 때문에 전류에 대응한 검출 전압은 1.0V가 되어 +0.2V 상승하게 된다. 이것과는 대조적으로 다이오드는 일반적으로 -2mV/℃라고 하는 부(負)의 온도 계수를 갖고 있기 때문에, 100℃의 온도 변화가 있으면, -2mV×100=-0.2V가 되어 저항의 온도 계수를 상쇄할 수 있다. 본 예에서는 N-MOS 트랜지스터의 임계 전압의 온도 특성도 고려하여 다이오드(28, 29)를 직렬 접속하고 있다. 이들 다이오드는 폴리실리콘으로 구성된다. 도 8에서 IGBT(58)상에 형성된 폴리실리콘 다이오드(59)의 예를 나타낸다.
도 4에서 다른 실시예를 나타낸다. 상술한 실시예와 동일하게, 파워 트랜지스터(30)는 IGBT로서, 주회로를 구성하는 메인 IGBT 및 1차 전류를 검지하는 전류 검출용 서브 IGBT로 이루어지고, 전류 검출용 부하 소자(31)는 서브 IGBT의 에미터와 GND 사이에 설치된다. 전류 검출용 부하 소자는 원칩 내에서 확산 저항에 의해 구성된다.
전류 제어 회로부는 N-MOS 트랜지스터(32와 33), 저항(34, 35, 36)으로 차동 회로 구성으로 되어 있다. 본 실시예의 N-MOS 트랜지스터도 상술의 실시예와 동일하게 자기(自己) 분리형이기 때문에, IGBT를 구성하는 PNPN 반도체 구조 내에 내장된다. 차동 기준 전압을 저항(37, 38)에 의해 설정하고, 전류 제어 회로 입력단은 저항(39)에 의해 풀업된 다이오드(40)의 순방향 전압에 의해 바이어스 전압이 걸려 있다. 참조 부호 42는 차동 회로의 출력단이 되는 N-MOS 트랜지스터이다. 차동 회로 기준 전압과 전류 검출용 부하 소자(31)의 온도 계수에 기초하여 온도 특성이 상쇄되도록 다이오드(40)의 순방향 전압의 온도 계수를 설정함으로써, 부하 소자(31)에 의한 전압 강하는 항상 일정하게 되어 온도 계수를 갖지 않는 전류 검출을 가능하게 하고 있다. 동작 원리는 상술한 실시예에서 설명한 바와 같지만, 전류 제한 회로를 차동 회로로 구성하고 있기 때문에 N-MOS 트랜지스터의 임계 전압의 온도 특성의 영향이 없어 다이오드(40) 한개로 온도 특성을 상쇄할 수 있다.
도 5에서, IGBT 점화 장치(igniter)에 미러 적분 회로를 설치한 예를 나타낸다(도 4와 동일한 부분에 대해서는 부호를 생략함). 종래의 바이폴라 트랜지스터에서는, 전류 검출후 미러 적분 회로 등을 설치하여 루프 전달 게인을 내림으로서 비포화시의 발진 현상을 억제하는 구성을 갖고 있다. 본 실시예에서는, MOS 차동 증폭기로 구성한 전류 제한 회로 및 저항(43)과 콘덴서(44)에 의해 미러 적분 회로를 구성하고 있다. 그러나, IGBT내에 구성한 MOS 트랜지스터 증폭 회로 및 MOS 차동 증폭 회로에서는, 게인이 낮은 증폭 회로를 구성함으로써 루프 전달의 루프 게인의 위상 여유를 갖게 하는 데에 중점을 두어 비포화시의 발진 현상을 저감하는 것을 실현할 수 있기 때문에, 원칩화를 위해서는 도 4의 구성 쪽이 바람직하다. 도 9에서 IGBT 동작을 나타내는 파형의 일 예를 나타낸다. IGBT에 점화 신호가 입력되어 IGBT가 온되고, 콜렉터 전류가 흐르면 IGBT의 콜렉터, 에미터 간 전압은 상승한다(t1). 콜렉터 전류가 전류 제한치로 된 시점에서 IGBT가 비포화 상태가 되고, 전류가 일정(IEL)하게 제어된다(t2). IGBT가 오프되면, 콜렉터 전류가 차단된다(t3). VB는 밧데리 전압으로 14V이다. t2에서의 전류 제어는 점화 코일의 1차 인덕턴스에 의한 2차 지연과 IGBT의 증폭률의 관계에서, 비포화 제어된 시점에서 전류가 발진하는 일이 있고, 피드백 루프의 루프 주파수 응답 해석을 행하여, 충분한 게인 여유가 있는 것을 확인하는 것이 중요하다. 발진이 일어나는 조건으로서는, 게인이 0dB 이상에서 위상이 180°지연된 경우이다. 도 10에서 피드백 루프의 일단을 해방한 상태에서의 루프 전달의 위상· 게인 주파수 응답의 일 예를 나타낸다. 이 예에서는 발진하지 않는다. 또, N-MOS 전류 제한 회로를 미러 적분 회로 구성으로 하면 지연이 커져, 발진에 대한 여유가 적어져 버리기 때문에, 원칩화에는 도 4의 구성 쪽이 바람직하다.
도 6에서, 전류 제어 회로부를 IGBT 내에 내장시킨 구조를 나타낸다. 전류 제어 회로부가 자기 분리형 N-MOS 트랜지스터로 구성되어 있기 때문에, IGBT를 구성하는 PNPN 반도체 구조 내에 용이하게 내장시킬 수 있게 되어 있다. IGBT(50)은 반도체의 PNPN의 4층 구성으로 이루어진다. 콜렉터(51)에 전원의 정전압, 에미터(52)에 전원의 부전압을 접속하고, 산화막에 의해 절연된 게이트(53)에 충분한 정전압을 인가함으로써 공핍층에 N 채널이 형성되어, 콜렉터로부터 에미터에 전류가 흐른다. 자기 분리형 N-MOS 트랜지스터(49)는 IGBT의 P 베이스층 내에 N층 형성되고, 여기에서 소스, 드레인 단자를 인출하여 그 사이에 산화막으로 절연된 게이트 단자를 설치한 구조로 되어 있다. N-MOS 트랜지스터는 인헨스먼트형과 디플리션형 양쪽이 적용 가능하다.
도 7에서 접합 분리형으로 트랜지스터를 구성하여, IGBT내에 원칩화한 경우를 나타낸다. 접합 분리형 트랜지스터(54)를 형성하기 위해서 P 기판(56)을 설치하고, 그 내에 PNP, 또는 NPN 트랜지스터를 형성하는 구조이지만, 이 구조는 IGBT(55)의 기본 구조와 크게 차이가 나버려, 마스크 개수가 증가하는 것만이 아니라 P·N 구조가 4층 이상이 되기 때문에 제조상 및 기능상 문제가 많다.
상술한 본 발명의 실시예에 의하면, IGBT칩 내에 온도 보상을 행한 전류 제한 회로를 간단히 형성할 수 있기 때문에 원칩화가 용이하게 되어 신뢰성이 높은 원칩 점화 장치가 가능하게 된다.
도 11에서 본 발명의 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예는, 상술한 실시에와 동일하게 전류 제한 회로를 IGBT와 원칩화한 것이다. 본 점화 시스템에서, 101은 ECU, 102는 점화 장치, 103은 점화 코일, 104는 점화 플러그, 105는 밧데리를 나타낸다. ECU(101)의 출력단은 ECU(101) 내에 구성되는 기준 전원 VCC로부터 저항(106)을 거쳐 NPN 트랜지스터(107)의 콜렉터 단자와 저항(108)에 접속되고, 저항(108)을 거쳐 점화 장치(102)에 접속된다. 트랜지스터(107)는 적정한 점화 타이밍에서 온, 오프되고, 그 콜렉터부에 하이, 로우의 점화 신호를 출력하여 점화 장치(102)를 구동한다. 원칩 점화 장치(116)는 IGBT(117)와 전류 제한 회로(118), 입력 저항(119)으로 구성되어 있다. IGBT(117)는 메인 IGBT(120)와 서브 IGBT(121)로 구성되고, 메인 IGBT(120)와 서브 IGBT(121)의 전류비는 상술한 실시예와 동일한 비율로 분리되어 있다. 전류 검출용 부하(122)는 서브 IGBT(121)의 에미터와 GND 사이에 설치되어 있다. 또, IGBT(117)의 게이트와 콜렉터 사이에는 일차 전압을 약 400V로 클램프하는 쌍방향 제너 다이오드(123)가 폴리실리콘에 의해 형성되어 있다. IGBT의 게이트와 에미터 사이에는 보호용 쌍방향 제너 다이오드(124)와 저항(125)이 형성된다. 점화 장치(102)의 입력과 GND 사이에 설치된 저항(126)은 본 발명의 단자 전류 제어용 블리더(bleeder) 저항이다. ECU(101)의 출력 신호가 로우→하이일 때 IGBT(117)는 통전을 개시하고, 하이→로우에서 차단됨으로써, IGBT(117)의 콜렉터부에 약 400V의 고전압을 발생시킨다.
통상, IGBT를 이용한 점화 장치는, ECU(101)로부터의 출력 신호로 직접 IGBT(117)의 게이트 전압을 제어한다. IGBT의 특징인 전압 제어로 콜렉터, 에미터 사이에 대전류를 흐르게 하여, IGBT의 게이트, 즉 ECU(101)와 점화 장치(102)의 접속 단자(114)에는 거의 전류가 흐르지 않는다. 또, 전류 제한 회로에서도 전류 제한이 걸리지 않는 통상 동작시에는 거의 전류를 소비하지 않는다. 그 때문에, 접속 단자(114)에는 ㎂ 정도의 전류밖에 흐르지 않기 때문에, 단자간의 접속 신뢰성이 불안정하게 된다. 접속 단자는 통상, Sn 도금이 이용되지만, 상기와 같이 단자간의 접촉 전류가 적은 경우, 단자의 산화 등이 일어나 접촉 불량이 발생하는 경우가 있다. 이 때문에, 단자 간의 접촉 전류가 적은 경우는, 접속 단자의 도금을 고가인 Au 도금으로 하고, 단자의 산화를 방지하여 접속 신뢰성을 확보하고 있다. 본 발명에서는, 점화 장치(102)의 입력 임피던스(ECU(101)로부터의 점화 신호 입력부로부터 본 임피던스)를 고의로 설정하고, 접속 단자(114)에 흐르는 단자 전류를 1mA 이상으로 하여, 접속 단자(114)의 도금을 Sn 도금으로도 충분한 접속 신뢰성이 얻어질 수 있도록 하고 있다. 입력 임피던스는, 전류 조정용으로 입력 단자와 GND 사이에 설치한 저항(126)(블리더 저항)으로 설정한다. 또, 블리더 저항을 이용하지 않고, 점화 장치의 회로 구성으로서의 임피던스를 설정하여 단자 전류를 1mA 이상 확보하도록 하여도 된다. 어느 경우도 입력 임피던스의 설정은, ECU(101)의 VCC, 저항(106), 저항(107)의 값에 맞추어 단자 전류가 1mA 이상이 되도록 설정된다. 블리더 저항으로서는, 도 8에서 나타낸 확산 저항(57)과 동일하게, IGBT를 구성하는 PNPN 반도체 구조 내에서 확산 저항으로서 구성하든지, 도 8에서 나타낸 폴리실리콘(59)으로 구성한다.
도 12에서 본 발명의 다른 실시예를 나타낸다. ECU(101)와 점화 장치(102)와의 사이의 접속성의 확보라고 하는 관점에서는, 상술한 바와 같이 전류 제한 회로를 IGBT와 원칩화하여 점화 장치를 구성한 경우 외, 점화 장치(102)를 IGBT(109)와 하이브리드 IC(110)에 실장된 전류 검출용 부하(111), 전류 제한 회로(112) 및 입력 저항(113)으로 구성한 것에도 적용 가능하다. 점화 장치의 입력 단자와 GND 사이에 설치된 저항(115)(블리더 저항)에 의해 단자 전류가 1mA이상이 되도록, 입력 임피던스의 설정이 행해진다. 또, 본 실시예의 동작은 기본적으로는 상술한 실시예와 동일하다.
다음에, 도 13과 도 14를 이용하여 점화 시스템에서의 ECU와 바이폴라 트랜지스터를 이용한 점화 장치 사이의 접속부에서의 단선 검지에 대하여 설명한다. ECU(101)는 단선 검출부(13)를 갖고 있다. 접속부(132)가 단선 등의 이유로 인해 오픈된 경우, 도 14에서 나타낸 바와 같이 단선 검출부(131)에는 통상 실선으로 나타내는 A와 같은 신호가 발생하고, 단선시에는 점선으로 나타내는 B와 같은 신호가 발생한다. 이 점에 대해서 상술한다. 통상시의 하이 신호 출력시는 ECU(1)의 VCC로부터 저항(133), 저항(134)을 거쳐 점화 장치에 하이 신호가 입력된다. 그리고, 저항(135), 바이폴라 트랜지스터(136)의 베이스로부터 에미터, 전류 검출용 부하(137)를 거쳐 GND에 전류가 흐른다. 이에 의해, 도 14의 A의 ①의 전압은 [VCC-(바이폴라 트랜지스터(136)의 VBE)]×[(저항(134)+저항(135))÷ (저항(133)+저항(134)+저항(135))]+IC×저항(137)이 된다. ②는 전류 제한이 걸려 IC가 일정하게 된 것을 나타내고 있다. 이에 대하여, 접속부(132)가 단선된 때는 B와 같이 된다. ③은 VCC의 값을 나타낸다. 이 때, ④의 기준 전압을 설정하고, 이것을 초과한 때를 단선으로 판정하고 있다. 그러나, 통상의 IGBT를 이용한 점화 장치는 도 15에서 나타낸 바와 같은 신호가 단선 검출부에 출력된다. C가 정상 동작시, 점선으로 나타낸 D가 단선이다. 이와 같이 IGBT가 전류를 거의 필요로 하지 않기 때문에 전류 제한이 걸리지 않는 ⑤의 전압은 단선시의 전압과 거의 변하지 않는다. 이 때문에 단선 검출의 기준 전압 ⑥이 설정 곤란하게 되어, 단선을 검출할 수 없다. 이에 대하여 본 발명에서는, 도 16에서 나타낸 바와 같이, 점화 장치의 임피던스 또는 블리더 저항에 의해 ⑦의 전압을 콘트롤할 수 있어, 단선시의 ⑧의 전압과 차이를 갖게 하기 때문에, 단선 검출의 기준 전압 ⑨를 IGBT를 이용하지 않는 종래의 단선 검출 방법과 동일하도록 설정할 수 있고, 단선 검출이 가능하게 된다.
상술한 본 발명의 실시예에 의하면, IGBT를 이용한 점화 장치에서, ECU과의 확실한 접속 전류를 확보할 수 있어 접속 단자에 저렴한 Sn 도금을 이용하여도 확실한 접속 신뢰성을 얻을 수 있다. 또, ECU에서의 접속부의 단선 검출이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명이 적용되는 점화 시스템의 기본적인 구성을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예인 IGBT와 보호 회로를 원칩화한 점화 장치의 내부 등가 회로를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예인 IGBT와 보호 회로를 원칩화한 점화 장치의 회로의 상세를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예인 IGBT와 보호 회로를 원칩화한 점화 장치의 회로의 상세를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예인 IGBT와 보호 회로를 원칩화한 전류 제한 회로에 미러 적분 회로를 설치한 점화 장치의 회로의 상세를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예인 IGBT와 자기 분리형 N-MOS 트랜지스터를 원칩화한 형상을 나타내는 도면.
도 7은 IGBT와 접합 분리형 트랜지스터를 원칩화한 형상을 나타내는 도.
도 8은 본 발명의 일 실시예인 IGBT에 확산 저항과 폴리실리콘 다이오드를 집적화한 형상을 나타내는 도면.
도 9는 전류 제한 동작을 설명하는 파형예를 나타내는 도면.
도 10은 루프 주파수 응답 특성예를 나타내는 도면.
도 11은 본 발명의 다른 일 실시예를 나타내는 도면.
도 12는 본 발명의 다른 일 실시예를 나타내는 도면.
도 13은 ECU에서의 단선 검출 구성을 나타내는 도면.
도 14는 단선 검출시의 동작 파형(바이폴라 트랜지스터를 이용한 경우)을 나타내는 도면.
도 15는 단선 검출시의 동작 파형(통상의 IGBT 점화 장치)을 나타내는 도면.
도 16은 단선 검출시의 동작 파형(본 발명을 내는 도면.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1 : ECU
2 : 점화 장치
3 : 점화 코일
4 : 점화 플러그
5 : 파워 트랜지스터
6 : 전류 검출용 부하
7 : 전류 제어 회로
8 : CPU
9 : PNP 트랜지스터
10 : NPN 트랜지스터
11, 12 : 저항
13 : 단선 검출부
14 : 점화 코일
15 : 메인 IGBT
16 : 서브 IGBT
17 : 전류 검지 회로
18 : 전류 제한 회로
19 : 입력 저항
20 : IC

Claims (13)

  1. 내연 기관(internal combustion engine)용 점화 장치에 있어서,
    전자 엔진 제어 장치(electronic engine control unit)로부터 출력되는 점화 제어 신호(spark control signal)에 따라서 점화 코일을 통해 흐르는 1차 전류에 대한 도통 및 차단 제어를 수행하는 스위칭 소자와,
    상기 스위칭 소자를 통해 흐르는 전류를 제한하는 전류 제한 회로를 포함하고,
    상기 스위칭 소자는 절연 게이트형 바이폴라 트랜지스터로 구성되고,
    상기 전류 제한 회로는 자기 분리형 N-MOS 트랜지스터로 구성되며,
    상기 절연 게이트형 바이폴라 트랜지스터와 상기 자기 분리형 N-MOS 트랜지스터가 공통의 반도체 기판에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 점화장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연 게이트형 바이폴라 트랜지스터를 통해 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출용 부하 소자와,
    상기 전류 검출용 부하 소자와 상기 자기 분리형 N-MOS 트랜지스터 사이에 제공되는 다이오드를 더 포함하고,
    상기 다이오드는 상기 전류 검출용 부하 소자의 온도 계수를 상쇄하도록 하는 온도 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 점화 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전류 제한 회로는 자기 분리형 N-MOS 트랜지스터로 구성된 차동 증폭 회로인 것을 특징으로 하는 내연 기관용 점화 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 점화 장치와 상기 전자 엔진 제어 장치 사이의 접속 단자 전류가 1mA 이상이 되도록 상기 점화 장치의 입력 임피던스를 설정한 것을 특징으로 하는 내연 기관용 점화 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 점화 장치와 상기 전자 엔진 제어 장치 사이의 접속 단자를 Sn 도금으로 구성한 것을 특징으로 하는 내연 기관용 점화 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 점화 장치의 상기 임피던스는 상기 점화 장치의 상기 점화 제어 신호의 입력 단자와 GND 사이에 제공된 접속 단자 전류 조정용 저항에 의해서 설정되는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 점화 장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 접속 단자 전류 조정용 저항은 상기 반도체 기판에 확산 저항 또는 다결정 실리콘으로 형성되는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 점화 장치.
  8. 내연 기관용 점화 장치에 있어서,
    전자 엔진 제어 장치로부터 출력되는 점화 제어 신호에 따라서 점화 코일을 통해 흐르는 1차 전류에 대한 통전 및 차단 제어를 수행하고, 절연 게이트형 바이폴라 트랜지스터로 구성되는 스위칭 소자를 포함하고,
    상기 점화 장치와 상기 전자 엔진 제어 장치 사이의 접속 단자 전류가 1mA 이상이 되도록 상기 점화 장치의 입력 임피던스를 설정한 것을 특징으로 하는 내연 기관용 점화 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 점화 장치의 상기 임피던스는 상기 점화 장치의 상기 점화 제어 신호의 입력 단자와 GND 사이에 제공된 접속 단자 전류 조정용 저항에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 점화 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 점화 장치의 제어 회로는 하이브리드 IC로 구성되고, 상기 접속 단자 전류 조정용 저항은 하이브리드 IC 상에 소결된(sintered) 또는 실장된 저항인 것을 특징으로 하는 내연 기관용 점화 장치.
  11. 내연 기관용 전자 제어 장치로부터 출력되는 점화 제어 신호에 따라서 점화 코일에 흐르는 1차 전류를 도통 및 차단 제어하는 스위칭 소자와, 상기 스위칭 소자에 흐르는 전류를 제한하는 전류 제한 회로를 포함하고, 상기 스위칭 소자가 절연 게이트형 바이폴라 트랜지스터로 구성된 내연 기관용 점화 장치에 있어서,
    상기 전류 제한 회로는 자기 분리형 N-MOS 트랜지스터로 구성되고,
    상기 절연 게이트형 바이폴라 트랜지스터와 상기 자기 분리형 N-MOS 트랜지스터가 공통의 반도체 기판에 형성되어 원칩(one chip)화된 것을 특징으로 하는 내연 기관용 점화 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 절연 게이트형 바이폴라 트랜지스터에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출용 부하와,
    상기 전류 검출용 부하와 상기 자기 분리형 N-MOS 트랜지스터와의 사이에 설치되고, 상기 전류 검출용 부하의 온도 계수를 상쇄하도록 하는 온도 계수를 갖는 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 점화 장치.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 전류 제한 회로는 자기 분리형 N-MOS 차동 증폭 회로로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 점화 장치.
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