WO2019146393A1 - 内燃機関点火装置 - Google Patents
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- F02P3/055—Layout of circuits with protective means to prevent damage to the circuit, e.g. semiconductor devices or the ignition coil
Definitions
- the present invention relates to an apparatus for igniting an internal combustion engine.
- the internal combustion engine igniter is equipped with a protection circuit for interrupting the current in order to prevent the ignition coil and the switching element of the ignition coil primary current from being destroyed due to an overcurrent.
- the protection circuit generally has the following two operation modes: (a) to prevent an abnormal high voltage from being generated on the secondary side of the ignition coil due to the cutoff operation after the coil primary side current is applied for a long time In soft-off mode, the coil primary side current is gradually decreased, and (b) current limiting mode, in which the switching element is controlled to reduce the coil primary side current.
- Patent Document 1 discloses a technology related to the soft off mode.
- the long conduction detection circuit detects a long conduction time longer than a predetermined time while the switching element is in the conductive state
- a discharge current is output from the soft-off capacitor and the switching element is relaxed.
- the soft off mode is realized by transitioning from the on state to the off state.
- Patent Document 1 uses a capacitive element to generate a waveform for soft-off.
- this capacitive element absorbs switching noise to suppress a sharp change in the gate voltage of the switching element (IGBT).
- IGBT gate voltage of the switching element
- B The soft-off waveform is determined by the value of this capacitive element and the IGBT gate input resistance value and gate input capacitance value. Issues such as high quality and the need for adjustment costs.
- the present invention has been made in view of the above problems, and the output signal level of the drive circuit is steep when transitioning from the normal ignition operation mode to the protection operation mode while suppressing the cost of dedicated parts and the like.
- the present invention provides an internal combustion engine ignition device which can be made to be unchanged.
- An internal combustion engine ignition device includes a first differential circuit that outputs a drive signal in a first mode, and a second differential circuit that outputs a drive signal in a second mode,
- the first differential circuit and the second differential circuit each include a transistor, and a drive current supplying the drive signal is configured to flow through the transistor in common between the first mode and the second mode. ing.
- the output signal level of the drive signal can be gradually switched when switching from the normal operation mode to the protection operation mode.
- FIG. 1 is a block diagram of an internal combustion engine ignition device according to a first embodiment.
- 5 is a timing chart illustrating the operation of the ignition control device 100.
- 5 is a circuit diagram of a differential circuit 51, a differential circuit 52, and a drive circuit 61.
- FIG. It is a figure explaining smooth transition from normal ignition mode to soft off mode.
- FIG. 7 is a block diagram of an internal combustion engine ignition device according to a second embodiment. 7 is a timing chart illustrating the operation of the ignition control device 100 according to the second embodiment.
- 5 is a circuit diagram of a differential circuit 51, a differential circuit 53, and a drive circuit 61.
- FIG. It is a figure explaining smooth transition from normal ignition mode to current restriction mode.
- FIG. 7 is a block diagram of an internal combustion engine ignition device according to a third embodiment. 7 is a timing chart illustrating the operation of the ignition control device 100 according to the third embodiment. 5 is a circuit diagram of differential circuits 51 to 53 and a drive circuit 61. FIG. It is a figure explaining the flow of the current in the case where it shifts to soft off mode further, after shifting to the current restriction mode from the normal ignition mode.
- FIG. 1 is a block diagram of an internal combustion engine ignition device according to a first embodiment of the present invention.
- the internal combustion engine igniter includes an ECU (Electronic Control Unit) 21, an ignition control device 100, a battery 11, a switching element 71, an ignition coil 74 (primary coil 72, secondary coil 73), and an ignition plug 75.
- the ignition control device 100 further includes an input buffer circuit 31, an energization control circuit 41, an abnormal energization detection circuit 42, a differential circuit 51, a differential circuit 52, and a drive circuit 61.
- the switching element 71 ignites the internal combustion engine by outputting a drive signal to the ignition coil 74.
- the switching element 71 is driven by inputting a drive signal output from the ignition control device 100 to the gate terminal.
- the ECU 21 instructs the ignition control device 100 to ignite the internal combustion engine.
- the energization control circuit 41 is a circuit that outputs an energization control signal to the switching element 71 in the normal ignition mode.
- the abnormal energization detection circuit 42 detects that the switching element 71 is energized longer than that in normal operation (abnormal energization). When the abnormal energization detection circuit 42 detects the abnormal energization, it notifies the energization control circuit 41 to that effect.
- the energization control circuit 41 stops the energization control signal, and thereafter, the abnormal energization detection circuit 42 outputs the energization control signal to the switching element 71 to implement the soft off mode.
- the differential circuits 51 and 52 are circuits for amplifying the difference between two input signals.
- the differential circuit 51 outputs a drive signal in the normal ignition mode, and the differential circuit 52 outputs a drive signal in the soft off mode.
- the differential circuit 51 amplifies the difference between the two energization control signals received from the energization control circuit 41.
- the differential circuit 52 amplifies the difference between the energization control signal received from the abnormal energization detection circuit 42 and the signal fed back from the output of the drive circuit 61. Specific examples of the differential circuits 51 and 52 and the drive circuit 61 will be described later.
- FIG. 2 is a timing chart for explaining the operation of the ignition control device 100. Here, the signal waveforms of the main signal lines are shown. The operation in each of the normal ignition mode and the soft off mode will be described below using the signal waveforms in FIG.
- the energization control signal is input from the ECU 21 through the signal line 1.
- the energization control signal is output as a drive signal to the switching element 71 via the input buffer circuit 31 / energization control circuit 41 / differential circuit 51 / drive circuit 61 / signal line 9.
- the switching element 71 operates in accordance with the drive signal.
- the signal line 4 is connected to the (+) terminal, and the signal line 5 is connected to the (-) terminal.
- the signal line 4 is a high level signal and the signal line 5 is a low level signal
- the signal line 9 output from the drive circuit 61 becomes high level
- the switching element 71 is turned on.
- the signal line 4 is a low level signal and the signal line 5 is a high level signal
- the signal line 9 becomes low level
- the switching element 71 is turned off.
- the switching element 71 is turned on, a current flows in the primary coil 72 of the ignition coil 74.
- a primary voltage is generated in the primary coil 72, and a secondary voltage corresponding to the turns ratio is generated in the secondary coil 73 by mutual induction.
- the secondary voltage is supplied to the spark plug 75 to ignite the internal combustion engine.
- the abnormal energization detection circuit 42 detects this when the energization time of the switching element 71 becomes longer than a predetermined time (abnormal energization).
- the ignition control device 100 shifts from the normal ignition mode to the soft off mode.
- the drive signal to the gate terminal of the switching element 71 is slowly changed from the Hi level to the Low level. Thereby, the switching element 71 is gently transitioned from the conduction state to the interruption state.
- the switching element 71 Before switching to the soft-off mode, the switching element 71 is energized, so the signal line 4 is at high level, the signal line 5 is at low level, the signal line 6 is at low level, and a high level signal is output from the signal line 9 ing.
- the abnormal energization detection circuit 42 detects abnormal energization, the abnormal energization detection circuit 42 outputs a signal waveform in the soft off mode from the signal line 6. The signal waveform in the soft off mode gently changes from the high level to the low level.
- the soft off signal from the signal line 6 is input to the (+) terminal of the differential circuit 52.
- the signal line 9 (the output of the drive circuit 61) is negatively fed back to the ( ⁇ ) terminal of the differential circuit 52. That is, a waveform following the waveform of the signal line 6 is fed back to the differential circuit 52 through the signal line 9.
- the energization control circuit 41 receives from the abnormal energization detection circuit 42 via the signal line 3 that the abnormal energization has been detected. When receiving the signal, the energization control circuit 41 changes the signal line 4 from the Hi level to the Low level, and keeps the signal line 5 at the Low level. The signal line 9 remains unchanged at the Hi level by setting the timing at which the signal line 4 changes from the Hi level to the Low level after the signal line 6 becomes the Hi level (ie, transition to the soft off mode). Thus, when transitioning from the normal ignition mode to the soft off mode, the operation mode transitions smoothly without the drive signal level changing sharply.
- FIG. 3A is a circuit diagram of the differential circuit 51, the differential circuit 52, and the drive circuit 61. The configuration of these circuits will be described below with reference to FIG. 3A.
- the differential circuit 51 includes a constant current source I1, NMOSs (MN1 and MN2), and PMOSs (MP20 and MP21).
- the differential circuit 52 is configured by a constant current source I1, an NMOS (MN3, MN4), and a PMOS (MP20, MP21).
- the constant current source I1 and the PMOS (MP20, MP21) are shared by the differential circuits 51 and 52.
- the drive circuit 61 is configured by the MP 23 and the MN 12.
- the output current from the MP 23 is obtained by mirroring the output current on the differential circuit (+) terminal side based on the current mirror ratio from the MP 21 to the MP 23.
- the output current from the MN12 is obtained by mirroring the output current on the differential circuit (-) terminal side based on the current mirror ratio from the MP20 to the MP22 and the current mirror ratio from the MN10 to the MN12.
- the output (signal line 9) of the drive circuit 61 is negatively fed back to the ( ⁇ ) terminal of the differential circuit 52.
- FIG. 3B is a diagram for explaining the smooth transition from the normal ignition mode to the soft off mode.
- the thick dotted lines in FIG. 3B indicate that the output of the drive circuit 61 is formed by the current mirror between MP21 and MP23.
- the dotted line in FIG. 3B shows the current path in the normal ignition mode.
- the dashed-dotted line of FIG. 3B shows the current path in the soft off mode.
- the signal line 4 input to the (+) terminal of the differential circuit 51 is at the Hi level, and the signal line 6 input to the (+) terminal of the differential circuit 52 is at the Low level. Is ON and MN3 is OFF. The current flowing to MP21 flows through MN1.
- the signal line 6 is first brought to the Hi level, and MN1 and MN3 are turned on, but the current flowing to the MP21 does not change by the action of the constant current source I1. Subsequently, the MN1 is turned off, and the MN3 is turned on. The current flowing to MP21 flows through MN3. Even during this period, the current flowing to the MP 21 does not change due to the action of the constant current source I1. Since the output of the drive circuit 61 is formed by the current mirror between the MP 21 and the MP 23, the current flowing to the MP 23 does not change unless the current flowing to the MP 21 changes. As a result, in the process of transitioning from the normal ignition mode to the soft off mode, the mode can be smoothly switched without sharply changing the output current of the drive circuit 61.
- the internal combustion engine ignition system When switching from the normal ignition mode to the soft off mode, the internal combustion engine ignition system according to the first embodiment causes a current to flow via the MP 21 common to both modes. Since the drive current is generated by the current mirror between MP21 and MP23, the drive current does not change abruptly at the timing of mode switching. Thereby, the operation mode can be switched smoothly.
- the internal combustion engine ignition system feeds back the output of the drive circuit 61 as the negative terminal input of the differential circuit 52.
- the output of the drive circuit 61 can be formed following the input signal to the differential circuit 52 in the soft off mode. That is, without relying on the load of the drive circuit 61, it is possible to output a drive signal that follows the input signal to the differential circuit 52.
- the drive signal is generated by current-mirroring the current flowing through the differential circuit 51 or 52. Therefore, the drive circuit 61 can be optimized according to the current mirror ratio.
- the current limit mode is an operation of reducing the gate voltage of the switching element 71 to balance so that the current flowing through the primary coil 72 does not exceed the set current limit value.
- FIG. 4 is a block diagram of an internal combustion engine ignition device according to a second embodiment.
- the threshold voltage generation circuit 43 is disposed instead of the abnormal conduction detection circuit 42 described in the first embodiment, and the differential circuit 53 is disposed instead of the differential circuit 52.
- the threshold voltage generation circuit 43 outputs the threshold voltage to the (+) terminal of the differential circuit 53 without relying on the energization control signal output from the ECU 21.
- the result of detection of the current flowing through the primary coil 72 by the detection resistor 76 is input to the ( ⁇ ) terminal of the differential circuit 53.
- FIG. 5 is a timing chart for explaining the operation of the ignition control device 100 according to the second embodiment.
- the operation in the current limit mode will be described below using the signal waveforms of FIG.
- the operation in the normal ignition mode is the same as that of the first embodiment.
- the normal ignition signal is at the Hi level. That is, the signal line 4 is at Hi level, the signal line 5 is at Low level, and the signal line 9 is at Hi level.
- the voltage of the signal line 10 increases.
- the differential circuit 53 gradually increases the output current as the voltage of the signal line 10 approaches the voltage of the signal line 7 which is the threshold voltage. Thereby, the output of the drive circuit 61 is gradually pushed down from the Hi level. Since the gate voltage of the switching element 71 is lowered when the output of the drive circuit 61 is lowered, the current flowing through the primary coil 72 is decreased. The feedback loop balances the signals and limits the current flowing through the primary coil 72 so as not to exceed the threshold voltage.
- FIG. 6A is a circuit diagram of the differential circuit 51, the differential circuit 53, and the drive circuit 61.
- the differential circuit 53 is configured of a constant current source I2, NMOSs (MN5, MN6), and PMOS (MP20).
- the PMOS (MP 20) is shared between the differential circuits 51 and 53.
- the (+) terminal of the differential circuit 53 is a gate terminal of the MN 5, and a threshold voltage is input through the signal line 7.
- the ( ⁇ ) terminal side of the differential circuit 53 is the gate terminal of the MN 6, and the detection result of the current flowing to the primary side coil 72 is input through the signal line 10.
- FIG. 6B is a diagram for explaining the smooth transition from the normal ignition mode to the current limit mode.
- the thick dotted lines in FIG. 6B indicate that the output of the drive circuit 61 is formed by the current mirror between MP21 and MP23.
- the dotted line in FIG. 6B shows the current path in the normal ignition mode.
- the dashed-two dotted line of FIG. 6B shows the current pathway in current limiting mode.
- the (+) terminal of the differential circuit 51 is at the Hi level, and the current flows to the MP 21 side.
- the value of the signal line 10, which is the detection voltage is smaller than the value of the signal line 7, which is the threshold voltage, so a current flows on the MN5 side, and a current flows in the current path from MN6 to MP20. Is not flowing.
- the drive circuit 61 a current flows only on the MP 23 side, and no current flows on the MN 12 side.
- the current of the MN 6 is increased by the rise of the detection voltage, the current flowing to the MN 12 is also gradually changed by making the change of the MN 6 current gentle, so that the output (signal line 9) is also changed gently. Therefore, it is possible to smoothly shift from the normal ignition mode to the current limit mode.
- the internal combustion engine ignition device gradually increases the current flowing to the MN 6 when switching from the normal ignition mode to the current limit mode. Due to the current mirror between MP20 and MP22 and the current mirror between MN10 and MN12, the current flowing to MN12 gradually increases. As the current flowing to the MN 12 gradually increases, the output of the drive circuit 61 gradually decreases. As a result, since the drive current does not change sharply at the timing of mode switching, the mode can be switched smoothly.
- the internal combustion engine ignition device feeds back the output of the switching element 71 (specifically, the result of current detection by the detection resistor 76) to the negative input terminal of the differential circuit 53.
- the current flowing through the primary coil 72 increases beyond the threshold voltage, the current flowing through the MN 12 gradually increases, and the drive current is adjusted to be balanced with the threshold voltage. Therefore, the current limit mode can be implemented smoothly.
- FIG. 7 is a block diagram of an internal combustion engine ignition device according to Embodiment 3 of the present invention.
- the third embodiment a configuration example in which the first and second embodiments are combined will be described. The description of the same configuration as that of the first and second embodiments will be omitted as appropriate.
- Drive signals from the differential circuit 51 / differential circuit 52 / differential circuit 53 are input in parallel to the drive circuit 61.
- FIG. 8 is a timing chart for explaining the operation of the ignition control device 100 according to the third embodiment.
- the third embodiment after the transition from the normal ignition mode to the current limiting mode, if the abnormal energization continues, the transition to the soft off mode is further made.
- the operation procedure of each mode is the same as in the first and second embodiments.
- the output (signal line 9) gradually changes from the high level to the low level.
- the gate voltage of the switching element 71 gradually decreases, so the current of the primary coil 72 gradually decreases.
- the voltage of the detection voltage (signal line 10) also gradually decreases, and the current limit mode ends. Thereafter, the soft off mode ends.
- FIG. 9A is a circuit diagram of the differential circuits 51 to 53 and the drive circuit 61.
- the configuration of each circuit is the same as that described in the first and second embodiments.
- FIG. 9B is a diagram for explaining the flow of current when transitioning to the soft off mode after transitioning from the normal ignition mode to the current limiting mode.
- the (+) terminal (signal line 4) of the differential circuit 51 is at the Hi level, and the drive circuit 61 outputs a current from the MP23.
- the current limit mode a current corresponding to the current value flowing from the MN 6 to the MP 20 flows to the MN 12 to depress the output (signal line 9) level.
- the current paths of the differential circuits 51 and 52 are switched from the MN1 side to the MN3 side. Since the current flowing to the MP 23 does not change, the output (signal line 9) does not change.
- the detection voltage also decreases, so the current flowing from the MN6 to the MP20 decreases and the current flowing to the MN12 also decreases. Eventually, the current limit mode is not implemented, and thereafter the soft off mode ends.
- the present invention is not limited to the embodiments described above, but includes various modifications.
- the above-described embodiment is described in detail to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to one having all the described configurations.
- part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment.
- Signal line 11 Battery 21: ECU 31: input buffer circuit 41: energization control circuit 42: abnormal energization detection circuit 43: threshold voltage generation circuits 51 to 53: differential circuit 61: drive circuit 71: switching element 72: secondary side coil 73: secondary side coil 74 : Ignition coil 75: Spark plug 76: Detection resistance I1-I2: Constant current source MN1-6, 10, 12: NMOS transistor MP20-23: PMOS transistor 100: Ignition control device
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Abstract
専用部品などのコストを抑制しつつ、正常点火動作モードから保護動作モードへ移行する際に、駆動回路の出力信号レベルが急峻に変化しないようにすることができる、内燃機関点火装置を提供する。 本発明に係る内燃機関点火装置は、第1モードのときにおける駆動信号を出力する第1差動回路と、第2モードのときにおける駆動信号を出力する第2差動回路とを備え、前記第1差動回路と前記第2差動回路はそれぞれトランジスタを備え、前記駆動信号を供給する駆動電流が、前記第1モードと前記第2モードとの間で共通する前記トランジスタを流れるように構成されている。
Description
本発明は、内燃機関を点火する装置に関するものである。
内燃機関点火装置は、点火コイルや点火コイル1次側電流のスイッチング素子を、過電流による破壊から防止するため、電流を遮断する保護回路を搭載している。保護回路は一般に、以下の2つの動作モードを有している:(a)長い時間コイル1次側電流を通電させた後の遮断動作によって点火コイル2次側に異常な高電圧が発生しないように、コイル1次側電流を緩やかに減少させるソフトオフモード、(b)スイッチング素子を制御してコイル1次側電流を減少させる電流制限モード。
下記特許文献1は、ソフトオフモードに関する技術を開示している。同文献記載の技術は、スイッチング素子が導通状態となっているときに長通電検出回路が所定時間以上の長い通電時間を検出すると、ソフトオフ用コンデンサから放電電流が出力され、スイッチング素子を緩やかに導通状態から遮断状態へ遷移させることにより、ソフトオフモードを実現する。
正常の点火動作からソフトオフモードや電流制限モードなどの保護回路動作に移行する際には、意図しない点火を発生させないため、スイッチング素子の導通状態を緩やかに遷移させることが望ましい。例えばスイッチング素子がIGBTであれば、ゲート電圧を緩やかに遷移させる必要がある。
特許文献1記載の技術は、ソフトオフ用の波形を生成するために容量素子を使用している。正常の点火動作からソフトオフ動作へ移行する際には、この容量素子が切替ノイズを吸収して、スイッチング素子(IGBT)のゲート電圧の急峻な変動を抑制していると考えられる。しかし、(a)ソフトオフ専用に容量素子が必要となってコストが増加する、(b)この容量素子の値とIGBTゲート入力抵抗値やゲート入力容量値によってソフトオフ波形が決まるので、負荷依存性が大きく、そのための調整コストが必要である、などの課題が考えられる。
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、専用部品などのコストを抑制しつつ、正常点火動作モードから保護動作モードへ移行する際に、駆動回路の出力信号レベルが急峻に変化しないようにすることができる、内燃機関点火装置を提供するものである。
本発明に係る内燃機関点火装置は、第1モードのときにおける駆動信号を出力する第1差動回路と、第2モードのときにおける駆動信号を出力する第2差動回路とを備え、前記第1差動回路と前記第2差動回路はそれぞれトランジスタを備え、前記駆動信号を供給する駆動電流が、前記第1モードと前記第2モードとの間で共通する前記トランジスタを流れるように構成されている。
本発明に係る内燃機関点火装置によれば、正常動作モードから保護動作モードに切り替わる際に、駆動信号の出力信号レベルを緩やかに切り替えることができる。上記した以外の課題、構成、および効果は、以下の実施形態の説明により明らかになる。
<実施の形態1>
図1は、本発明の実施形態1に係る内燃機関点火装置の構成図である。内燃機関点火装置は、ECU(Electronic Control Unit)21、点火制御装置100、バッテリ11、スイッチング素子71、点火コイル74(1次側コイル72、2次側コイル73)、点火プラグ75を備える。点火制御装置100はさらに、入力バッファ回路31、通電制御回路41、異常通電検知回路42、差動回路51、差動回路52、駆動回路61を備える。
図1は、本発明の実施形態1に係る内燃機関点火装置の構成図である。内燃機関点火装置は、ECU(Electronic Control Unit)21、点火制御装置100、バッテリ11、スイッチング素子71、点火コイル74(1次側コイル72、2次側コイル73)、点火プラグ75を備える。点火制御装置100はさらに、入力バッファ回路31、通電制御回路41、異常通電検知回路42、差動回路51、差動回路52、駆動回路61を備える。
スイッチング素子71は、点火コイル74に対して駆動信号を出力することにより、内燃機関に点火する。スイッチング素子71は、点火制御装置100から出力される駆動信号をゲート端子に対して入力することにより、駆動される。
ECU21は、点火制御装置100に対して、内燃機関に点火するよう指示する。通電制御回路41は、正常点火モードにおいてスイッチング素子71に対する通電制御信号を出力する回路である。異常通電検知回路42は、スイッチング素子71が正常動作時よりも長く通電していること(異常通電)を検知する。異常通電検知回路42は、異常通電を検知すると、その旨を通電制御回路41に対して通知する。通電制御回路41は通電制御信号を停止し、以後は異常通電検知回路42がスイッチング素子71に対する通電制御信号を出力することにより、ソフトオフモードを実施する。
差動回路51と52は、2つの入力信号の差分を増幅する回路である。差動回路51は正常点火モードにおける駆動信号を出力し、差動回路52はソフトオフモードにおける駆動信号を出力する。差動回路51は、通電制御回路41から受け取る2つの通電制御信号の差分を増幅する。差動回路52は、異常通電検知回路42から受け取る通電制御信号と駆動回路61の出力からフィードバックされた信号との間の差分を増幅する。差動回路51と52、および駆動回路61の具体例については後述する。
図2は、点火制御装置100の動作を説明するタイミングチャートである。ここでは主要な信号線における信号波形を示した。以下図2の信号波形を用いて、正常点火モードとソフトオフモードそれぞれにおける動作を説明する。
正常点火モードにおいては、ECU21から信号線1を介して通電制御信号が入力される。通電制御信号は、入力バッファ回路31/通電制御回路41/差動回路51/駆動回路61/信号線9を介して、スイッチング素子71に対して駆動信号として出力される。スイッチング素子71はその駆動信号にしたがって動作する。
差動回路51には、(+)端子に信号線4が接続され、(-)端子に信号線5が接続されている。信号線4がHiレベル信号かつ信号線5がLowレベル信号の場合、駆動回路61から出力する信号線9はHiレベルとなり、スイッチング素子71がONする。信号線4がLowレベル信号かつ信号線5がHiレベル信号の場合、信号線9はLowレベルとなり、スイッチング素子71がOFFする。スイッチング素子71がONすると、点火コイル74の1次側コイル72に電流が流れる。スイッチング素子71がOFFすると同時に、1次側コイル72に1次電圧が発生し、相互誘導作用により2次側コイル73に巻数比に応じた2次電圧が発生する。2次電圧は点火プラグ75に供給され、これにより内燃機関が点火する。
異常通電検知回路42は、スイッチング素子71の通電時間が所定時間以上に長くなったとき(異常通電)、これを検知する。異常通電検知回路42が異常通電を検知すると、点火制御装置100は正常点火モードからソフトオフモードに移行する。ソフトオフモードにおいては、スイッチング素子71のゲート端子に対する駆動信号を、緩やかにHiレベルからLowレベルに変化させる。これによりスイッチング素子71を緩やかに導通状態から遮断状態へ遷移させる。
ソフトオフモードに移行する前、スイッチング素子71は通電状態なので、信号線4はHiレベル、信号線5はLowレベル、信号線6はLowレベルであり、信号線9からはHiレベル信号が出力されている。異常通電検知回路42は異常通電を検知すると、信号線6からソフトオフモード時の信号波形を出力する。ソフトオフモード時の信号波形は、HiレベルからLowレベルに緩やかに変化する。
信号線6からのソフトオフ信号は、差動回路52の(+)端子に入力される。差動回路52の(-)端子には、信号線9(駆動回路61の出力)がネガティブフィードバックされている。すなわち、信号線6の波形に追従した波形が、信号線9を介して差動回路52へフィードバックされる。
通電制御回路41は、異常通電を検知した旨を、信号線3を介して異常通電検知回路42から受け取る。通電制御回路41はその信号を受け取ると、信号線4をHiレベルからLowレベルに変化させ、信号線5はLowレベルのままにする。信号線4がHiレベルからLowレベルに変化するタイミングを、信号線6がHiレベルになった(すなわちソフトオフモードに移行した)後に設定することにより、信号線9はHiレベルのまま変化しない。これにより、正常点火モードからソフトオフモードへ移行する際に、駆動信号レベルが急峻に変化することなく、スムーズに動作モードが移行する。
図3Aは、差動回路51、差動回路52、駆動回路61の回路図である。以下図3Aを用いて、これら回路の構成を説明する。
差動回路51は、定電流源I1、NMOS(MN1、MN2)、PMOS(MP20、MP21)によって構成されている。差動回路52は、定電流源I1、NMOS(MN3、MN4)、PMOS(MP20、MP21)によって構成されている。定電流源I1とPMOS(MP20、MP21)は、差動回路51と52の間で共用している。
駆動回路61は、MP23とMN12によって構成されている。MP23からの出力電流は、差動回路(+)端子側の出力電流を、MP21からMP23へのカレントミラー比に基づいてミラーリングしたものとなる。MN12からの出力電流は、差動回路(-)端子側の出力電流を、MP20からMP22へのカレントミラー比、およびMN10からMN12へのカレントミラー比に基づいてミラーリングしたものとなる。駆動回路61の出力(信号線9)は、差動回路52の(-)端子にネガティブフィードバックされている。
図3Bは、正常点火モードからソフトオフモードへスムーズに移行することを説明する図である。図3Bの太点線は、MP21とMP23との間のカレントミラーによって駆動回路61の出力が形成されることを示す。図3Bの点線は、正常点火モードにおける電流経路を示す。図3Bの一点鎖線は、ソフトオフモードにおける電流経路を示す。
ソフトオフモードへ移行する前は、差動回路51の(+)端子に入力する信号線4はHiレベル、差動回路52の(+)端子に入力する信号線6はLowレベルであり、MN1はON、MN3はOFFとなる。MP21に流れる電流は、MN1を通って流れる。
ソフトオフモードへ移行すると、まず信号線6がHiレベルになるので、MN1とMN3がON状態となるが、定電流源I1の作用により、MP21に流れる電流は変化しない。続いてMN1がOFFし、MN3がON状態となる。MP21に流れる電流は、MN3を通って流れる。この期間においても定電流源I1の作用により、MP21に流れる電流は変化しない。駆動回路61の出力はMP21とMP23との間のカレントミラーによって形成されるので、MP21に流れる電流が変化しなければMP23に流れる電流も変化しない。これにより正常点火モードからソフトオフモードへ移行する過程において、駆動回路61の出力電流を急峻に変化させることなく、モードをスムーズに切り替えることができる。
<実施の形態1:まとめ>
本実施形態1に係る内燃機関点火装置は、正常点火モードからソフトオフモードへ切り替える際に、両モードに共通するMP21を介して電流を流す。駆動電流はMP21とMP23との間のカレントミラーによって生成されるので、モードが切り替わるタイミングにおいて駆動電流が急峻に変化することはない。これにより動作モードをスムーズに切り替えることができる。
本実施形態1に係る内燃機関点火装置は、正常点火モードからソフトオフモードへ切り替える際に、両モードに共通するMP21を介して電流を流す。駆動電流はMP21とMP23との間のカレントミラーによって生成されるので、モードが切り替わるタイミングにおいて駆動電流が急峻に変化することはない。これにより動作モードをスムーズに切り替えることができる。
本実施形態1に係る内燃機関点火装置は、駆動回路61の出力を差動回路52のマイナス端子入力としてフィードバックする。これにより、ソフトオフモード時における差動回路52に対する入力信号に追従して、駆動回路61の出力を形成することができる。すなわち駆動回路61の負荷に依拠することなく、差動回路52に対する入力信号に追従した駆動信号を出力することができる。
本実施形態1において、スイッチング素子71の入力端子条件が様々であるので、駆動回路61の負荷駆動能力を最適化する必要がある。本実施形態1においては、差動回路51または52に流れる電流をカレントミラーすることにより駆動信号を生成するので、カレントミラー比にしたがって駆動回路61を最適化することができる。
<実施の形態2>
実施形態1では、正常点火モードとソフトオフモードをスムーズに切り替える構成例を説明した。本発明の実施形態2では、正常点火モードと電流制限モードをスムーズに切り替える構成例について説明する。電流制限モードとは、1次側コイル72に流れる電流が設定した電流制限値を超えないように、スイッチング素子71のゲート電圧を下げてバランスを取る動作である。
実施形態1では、正常点火モードとソフトオフモードをスムーズに切り替える構成例を説明した。本発明の実施形態2では、正常点火モードと電流制限モードをスムーズに切り替える構成例について説明する。電流制限モードとは、1次側コイル72に流れる電流が設定した電流制限値を超えないように、スイッチング素子71のゲート電圧を下げてバランスを取る動作である。
図4は、本実施形態2に係る内燃機関点火装置の構成図である。図4において、実施形態1で説明した異常通電検知回路42に代えて閾値電圧生成回路43を配置し、差動回路52に代えて差動回路53を配置した。閾値電圧生成回路43は、ECU21が出力する通電制御信号に依拠することなく、差動回路53の(+)端子に対して閾値電圧を出力する。差動回路53の(-)端子には、1次側コイル72に流れる電流を検出抵抗76によって検出した結果が入力される。
図5は、本実施形態2における点火制御装置100の動作を説明するタイミングチャートである。以下図5の信号波形を用いて、電流制限モードにおける動作を説明する。正常点火モードにおける動作は実施形態1と同様である。
電流制限モードは、1次側コイル72が導通している間に機能するので、正常点火信号はHiレベルである。すなわち信号線4はHiレベル、信号線5はLowレベル、信号線9はHiレベルである。1次側コイル72に流れる電流が増加すると、信号線10の電圧が上昇する。
差動回路53は、信号線10の電圧が、閾値電圧である信号線7の電圧に近づくにつれて、徐々に出力電流を増加させる。これにより、駆動回路61の出力をHiレベルから次第に押し下げる。駆動回路61の出力が下がるとスイッチング素子71のゲート電圧が下がるので、1次側コイル72に流れる電流は減少する。このフィードバックループによって各信号のバランスを取り、閾値電圧を超えないように、1次側コイル72に流れる電流を制限する。
図6Aは、差動回路51、差動回路53、駆動回路61の回路図である。差動回路53は、定電流源I2、NMOS(MN5、MN6)、PMOS(MP20)によって構成されている。PMOS(MP20)は、差動回路51と53の間で共用している。差動回路53の(+)端子はMN5のゲート端子であり、信号線7を介して閾値電圧が入力される。差動回路53の(-)端子側はMN6のゲート端子であり、信号線10を介して1次側コイル72に流れる電流の検出結果が入力される。
図6Bは、正常点火モードから電流制限モードへスムーズに移行することを説明する図である。図6Bの太点線は、MP21とMP23との間のカレントミラーによって駆動回路61の出力が形成されることを示す。図6Bの点線は、正常点火モードにおける電流経路を示す。図6Bの二点鎖線は、電流制限モードにおける電流経路を示す。
正常点火モードにおいて、差動回路51の(+)端子はHiレベルであり、電流はMP21側に流れている。差動回路53においては、閾値電圧である信号線7の値に対して、検出電圧である信号線10の値は小さいので、MN5側に電流が流れ、MN6からMP20にかけての電流経路には電流が流れていない。駆動回路61においては、MP23側のみ電流が流れ、MN12側には電流が流れていない。
1次側コイル72の電流が増加し、検出電圧が上昇すると、信号線10の電圧が上昇する。信号線10の電圧が、閾値電圧(信号線7)に近くなるに連れて、MN5に流れている電流が減り、MN6からMP20にかけての電流経路に流れる電流が増える。すると、MP20からMP22のカレントミラー比、およびMN10からMN12のカレントミラー比によって決まる電流が、MN12側に流れる。これにより、出力(信号線9)レベルが下がる。出力(信号線9)が下がると、スイッチング素子71のゲート電圧が下がるので、1次側コイル72の電流が減って検出電圧(信号線10)が下がる。このフィードバックループによって各信号のバランスを取り、1次側コイル72の電流に制限をかける。
検出電圧の上昇によってMN6の電流が増加していくが、このMN6電流変化を緩やかにすることにより、MN12に流れる電流も緩やかに変化するので、出力(信号線9)も緩やかな変化となる。したがって、正常点火モードから電流制限モードへスムーズに移行することができる。
<実施の形態2:まとめ>
本実施形態2に係る内燃機関点火装置は、正常点火モードから電流制限モードへ切り替える際に、MN6に流れる電流を次第に増加させる。MP20とMP22との間のカレントミラー、およびMN10とMN12との間のカレントミラーにより、MN12に流れる電流が次第に増える。MN12に流れる電流が次第に増えると、駆動回路61の出力は次第に減少する。これにより、モードが切り替わるタイミングにおいて駆動電流が急峻に変化することがないので、スムーズにモードを切り替えることができる。
本実施形態2に係る内燃機関点火装置は、正常点火モードから電流制限モードへ切り替える際に、MN6に流れる電流を次第に増加させる。MP20とMP22との間のカレントミラー、およびMN10とMN12との間のカレントミラーにより、MN12に流れる電流が次第に増える。MN12に流れる電流が次第に増えると、駆動回路61の出力は次第に減少する。これにより、モードが切り替わるタイミングにおいて駆動電流が急峻に変化することがないので、スムーズにモードを切り替えることができる。
本実施形態2に係る内燃機関点火装置は、スイッチング素子71の出力(具体的には検出抵抗76による電流検出結果)を差動回路53のマイナス入力端子にフィードバックする。これにより、1次側コイル72に流れる電流が閾値電圧を超えて増加するのにともなってMN12に流れる電流が次第に増加し、駆動電流は閾値電圧とバランスするように調整される。したがって、電流制限モードをスムーズに実施することができる。
<実施の形態3>
図7は、本発明の実施形態3に係る内燃機関点火装置の構成図である。本実施形態3では、実施形態1~2を組み合わせた構成例について説明する。実施形態1~2と同様の構成については説明を適宜省略する。駆動回路61には、差動回路51/差動回路52/差動回路53それぞれからの駆動信号が並列に入力される。
図7は、本発明の実施形態3に係る内燃機関点火装置の構成図である。本実施形態3では、実施形態1~2を組み合わせた構成例について説明する。実施形態1~2と同様の構成については説明を適宜省略する。駆動回路61には、差動回路51/差動回路52/差動回路53それぞれからの駆動信号が並列に入力される。
図8は、本実施形態3における点火制御装置100の動作を説明するタイミングチャートである。本実施形態3においては、正常点火モードから電流制限モードに移行した後、異常通電が継続する場合はさらにソフトオフモードへ移行する。各モードの動作手順は実施形態1~2と同様である。電流制限モード中にソフトオフモードに移行すると、出力(信号線9)はHiレベルからLowレベルに緩やかに変化する。これにより、スイッチング素子71のゲート電圧が緩やかに下がるので、1次側コイル72の電流は徐々に減少していく。これにともなって検出電圧(信号線10)の電圧も徐々に下がるので、電流制限モードは終了する。その後にソフトオフモードが終了する。
図9Aは、差動回路51~53および駆動回路61の回路図である。各回路の構成は実施形態1~2で説明したものと同様である。
図9Bは、正常点火モードから電流制限モードへ移行した後、さらにソフトオフモードへ移行する場合における電流の流れを説明する図である。正常点火モードにおいて、差動回路51の(+)端子(信号線4)はHiレベルであり、駆動回路61はMP23から電流を出力する。電流制限モードに移行すると、MN6からMP20に流れる電流値に対応する電流がMN12に流れ、出力(信号線9)レベルを押し下げる。この状態でソフトオフモードに移行すると、差動回路51と52の電流経路が、MN1側からMN3側に切り替わる。MP23に流れる電流は変わらないので、出力(信号線9)は変化しない。ソフトオフ信号波形に追従して信号線9の信号レベルが緩やかに低下していくと、検出電圧も下がるので、MN6からMP20に流れる電流が減少してMN12に流れる電流も減少していく。最終的には電流制限モードを実施していない状態となり、その後にソフトオフモードが終了する。
<本発明の変形例について>
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
1~10:信号線
11:バッテリ
21:ECU
31:入力バッファ回路
41:通電制御回路
42:異常通電検知回路
43:閾値電圧生成回路
51~53:差動回路
61:駆動回路
71:スイッチング素子
72:1次側コイル
73:2次側コイル
74:点火コイル
75:点火プラグ
76:検出抵抗
I1~I2:定電流源
MN1~6,10,12:NMOSトランジスタ
MP20~23:PMOSトランジスタ
100:点火制御装置
11:バッテリ
21:ECU
31:入力バッファ回路
41:通電制御回路
42:異常通電検知回路
43:閾値電圧生成回路
51~53:差動回路
61:駆動回路
71:スイッチング素子
72:1次側コイル
73:2次側コイル
74:点火コイル
75:点火プラグ
76:検出抵抗
I1~I2:定電流源
MN1~6,10,12:NMOSトランジスタ
MP20~23:PMOSトランジスタ
100:点火制御装置
Claims (13)
- 点火回路が有する駆動スイッチに対して駆動信号を供給することにより内燃機関に点火する内燃機関点火装置であって、
前記駆動信号を前記駆動スイッチに対して出力する駆動回路、
前記駆動回路に対して第1差動信号を出力することにより前記駆動回路を第1モードで動作させる第1差動回路、
前記駆動回路に対して第2差動信号を出力することにより前記駆動回路を第2モードで動作させる第2差動回路、
を備え、
前記第1差動回路と前記第2差動回路は、それぞれトランジスタを備えるとともに、前記駆動信号を供給する駆動電流が、前記第1モードと前記第2モードとの間で共通する前記トランジスタを流れるように構成されている
ことを特徴とする内燃機関点火装置。 - 前記第1差動回路は、第1トランジスタ、第2トランジスタ、および第1定電流源を用いて構成されており、
前記第2差動回路は、前記第1トランジスタ、前記第1トランジスタに対して前記第2トランジスタと並列となるように接続された第3トランジスタ、および前記第1定電流源を用いて構成されており、
前記第1差動回路は、前記駆動回路を前記第1モードで動作させるときは、前記第1トランジスタ、前記第2トランジスタ、および前記第1定電流源を介して流れる電流により前記第1差動信号を出力し、
前記第2差動回路は、前記駆動回路を前記第2モードで動作させるときは、前記第1トランジスタ、前記第3トランジスタ、および前記第1定電流源を介して流れる電流により前記第2差動信号を出力する
ことを特徴とする請求項1記載の内燃機関点火装置。 - 前記第1差動回路は、前記駆動回路を前記第1モードで動作させるときは、前記駆動回路に対して前記第1差動信号を所定時間出力した後に前記第1差動信号を遮断し、
前記第2差動回路は、前記駆動回路を前記第2モードで動作させるときは、前記駆動スイッチが前記第1モードよりも緩やかに導通状態から遮断状態へ遷移させるように、前記第2差動信号の信号波形を形成する
ことを特徴とする請求項1記載の内燃機関点火装置。 - 前記内燃機関点火装置は、前記第1トランジスタと前記第2トランジスタが導通している状態において前記第3トランジスタを導通させ、その後に前記第2トランジスタを遮断することにより、前記駆動回路を前記第1モードから前記第2モードへ遷移させる
ことを特徴とする請求項2記載の内燃機関点火装置。 - 前記内燃機関点火装置はさらに、前記駆動回路の出力を帰還させる第1フィードバックループを備え、
前記第2差動回路は、前記第2差動回路に対する入力信号と、前記第1フィードバックループを介して帰還した前記駆動回路の出力とを入力として用いることにより、前記第2差動信号を出力する
ことを特徴とする請求項1記載の内燃機関点火装置。 - 前記内燃機関点火装置はさらに、
前記第1差動回路を制御する通電制御回路、
前記第2差動回路を制御する異常通電制御回路、
を備え、
前記異常通電制御回路は、前記駆動スイッチが所定時間以上にわたって導通状態を継続したことを検出すると、前記第2差動信号を出力するように前記第2差動回路を動作させた後、前記第1差動信号を遮断するように前記通電制御回路に対して指示する信号を出力する
ことを特徴とする請求項1記載の内燃機関点火装置。 - 前記駆動回路は、前記第1差動回路に流れる電流をミラーリングする第1カレントミラー回路を形成する第1出力トランジスタを備え、
前記第1出力トランジスタは、前記第1カレントミラー回路のミラー比率に対応する電流レベルを有する電流を出力する
ことを特徴とする請求項1記載の内燃機関点火装置。 - 前記内燃機関点火装置はさらに、前記駆動回路に対して第3差動信号を出力することにより前記駆動回路を第3モードで動作させる第3差動回路を備え、
前記第3差動回路は、第4トランジスタ、第5トランジスタ、および第2定電流源を用いて構成されており、
前記第3差動回路は、前記駆動回路を前記第1モードで動作させるときは、前記第4トランジスタと前記第2定電流源を介して第1電流を流し、
前記第3差動回路は、前記駆動回路を前記第3モードで動作させるときは、前記第4トランジスタと前記第2定電流源を介して前記第1電流を流すとともに、前記第5トランジスタと前記第2定電流源を介して第2電流を流す
ことを特徴とする請求項1記載の内燃機関点火装置。 - 前記第3差動回路は、前記駆動回路を前記第3モードで動作させるときは、前記第1電流に対する前記第2電流の比率を次第に増加させることにより、前記駆動スイッチの出力電流を所定電流値以下に抑制する
ことを特徴とする請求項8記載の内燃機関点火装置。 - 前記内燃機関点火装置はさらに、前記駆動スイッチの出力電流を帰還させる第2フィードバックループを備え、
前記第3差動回路は、前記第3差動回路に対する入力信号と、前記第2フィードバックループを介して帰還した前記駆動回路の出力とを入力として用いることにより、前記第3差動信号を出力する
ことを特徴とする請求項8記載の内燃機関点火装置。 - 前記内燃機関点火装置はさらに、
前記第1差動回路を制御する通電制御回路、
前記第3差動回路に対して閾値電圧を出力する閾値電圧生成回路、
を備え、
前記第4トランジスタは、前記閾値電圧を受け取ることにより導通するように構成されており、
前記第5トランジスタは、前記第2フィードバックループを介して帰還した前記駆動スイッチの出力電流を変換した電圧を受け取ることにより導通するように構成されており、
前記第2定電流源は、前記第1電流と前記第2電流の合計を一定に保つ
ことを特徴とする請求項10記載の内燃機関点火装置。 - 前記駆動回路は、
前記第1差動回路に流れる電流をミラーリングする第1カレントミラー回路を形成する第1出力トランジスタ、
前記第5トランジスタに流れる電流をミラーリングする第2カレントミラー回路を形成する第2出力トランジスタ、
を備え、
前記第1出力トランジスタは、前記第1カレントミラー回路のミラー比率に対応する電流レベルを有する電流を出力し、
前記第2出力トランジスタは、前記第2カレントミラー回路のミラー比率に対応する電流レベルを有する電流を出力する
ことを特徴とする請求項8記載の内燃機関点火装置。 - 前記第1差動回路は、第1トランジスタ、第2トランジスタ、および第1定電流源を用いて構成されており、
前記第2差動回路は、前記第1トランジスタ、前記第1トランジスタに対して前記第2トランジスタと並列となるように接続された第3トランジスタ、および前記第1定電流源を用いて構成されており、
前記第1差動回路は、前記駆動回路を前記第1モードで動作させるときは、前記第1トランジスタ、前記第2トランジスタ、および前記第1定電流源を介して流れる電流により前記第1差動信号を出力し、
前記第2差動回路は、前記駆動回路を前記第2モードで動作させるときは、前記第1トランジスタ、前記第3トランジスタ、および前記第1定電流源を介して流れる電流により前記第2差動信号を出力し、
前記内燃機関点火装置はさらに、前記駆動回路の出力を帰還させる第1フィードバックループを備え、
前記第2差動回路は、前記第2差動回路に対する入力信号と、前記第1フィードバックループを介して帰還した前記駆動回路の出力とを入力として用いることにより、前記第2差動信号を出力し、
前記内燃機関点火装置はさらに、
前記第1差動回路を制御する通電制御回路、
前記第2差動回路を制御する異常通電制御回路、
を備え、
前記異常通電制御回路は、前記駆動スイッチが所定時間以上にわたって導通状態を継続したことを検出すると、前記第2差動信号を出力するように前記第2差動回路を動作させた後、前記第1差動信号を遮断するように前記通電制御回路に対して指示する信号を出力し、
前記内燃機関点火装置はさらに、前記駆動回路に対して第3差動信号を出力することにより前記駆動回路を第3モードで動作させる第3差動回路を備え、
前記第3差動回路は、第4トランジスタ、第5トランジスタ、および第2定電流源を用いて構成されており、
前記第3差動回路は、前記駆動回路を前記第1モードで動作させるときは、前記第4トランジスタと前記第2定電流源を介して第1電流を流し、
前記第3差動回路は、前記駆動回路を前記第3モードで動作させるときは、前記第4トランジスタと前記第2定電流源を介して前記第1電流を流すとともに、前記第5トランジスタと前記第2定電流源を介して第2電流を流し、
前記内燃機関点火装置はさらに、前記駆動スイッチの出力電流を帰還させる第2フィードバックループを備え、
前記第3差動回路は、前記第3差動回路に対する入力信号と、前記第2フィードバックループを介して帰還した前記駆動回路の出力とを入力として用いることにより、前記第3差動信号を出力し、
前記内燃機関点火装置はさらに、
前記第3差動回路に対して閾値電圧を出力する閾値電圧生成回路、
を備え、
前記第4トランジスタは、前記閾値電圧を受け取ることにより導通するように構成されており、
前記第5トランジスタは、前記第2フィードバックループを介して帰還した前記駆動スイッチの出力を受け取ることにより導通するように構成されており、
前記第2定電流源は、前記第1電流と前記第2電流の合計を一定に保つ
ことを特徴とする請求項1記載の内燃機関点火装置。
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