專(zhuān)利名稱(chēng)：內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)用的點(diǎn)火裝置，尤其涉及適合于在集成化的控制電路中使用的內(nèi)燃機(jī)用的點(diǎn)火裝置。
背景技術(shù)：
最近，作為內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝置，正在開(kāi)發(fā)將功率IGBT(絕緣柵型雙極晶體管)、電流限制電路和輸入級(jí)保護(hù)電路制作在單片基片上的1芯片點(diǎn)火電極(chip ignitor)。作為現(xiàn)有的1芯片點(diǎn)火電極認(rèn)為是這樣構(gòu)成的，例如，象在特開(kāi)平9-280147公報(bào)中記載的那樣，通過(guò)高壓恒電流元件使微小恒定電流從集電極流向柵極，在集電極電壓比柵極電壓高時(shí)，在柵極上增加電壓，通過(guò)電流限制開(kāi)始后不久的集電極電壓的上升提高柵極電壓后抑制電流限制開(kāi)始后不久的集電極電壓的波動(dòng)。而且，人們知道，為了不會(huì)因該微小恒定電流的影響而在電流遮斷(斷開(kāi))時(shí)柵極電位上升，在沒(méi)有柵極電壓的場(chǎng)合解除了提高柵極電壓的動(dòng)作，從而，能抑制電流限制時(shí)的集電極電壓波動(dòng)。
但是，在特開(kāi)平9-280147號(hào)公報(bào)記載的內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝置中，在實(shí)際的基片中會(huì)產(chǎn)生寄生電流，在恒流電路中大于設(shè)定值的大電流流入該路徑，因此存在著柵極電位上升的問(wèn)題。尤其是，在用自隔離型元件構(gòu)成的場(chǎng)合，在恒流電路中使用縱向的耗盡型IGBT，在IGBT基片上用自隔離構(gòu)成的縱向耗盡型IGBT的恒流電路中存在PNP寄生晶體管，在該晶體管中有寄生電流流入，在用微小恒電流控制柵極電壓的目標(biāo)電路中流入過(guò)大的電流，結(jié)果就會(huì)使柵極電壓上升到必要值以上。按照受這一影響的點(diǎn)火電極的驅(qū)動(dòng)方式，存在著點(diǎn)火線圈的電流遮斷動(dòng)作變成不穩(wěn)定的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供能得到穩(wěn)定的點(diǎn)火線圈的電流遮斷動(dòng)作的內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝裝置。
(1)為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝置，它具有根據(jù)輸入的點(diǎn)火控制信號(hào)對(duì)流入點(diǎn)火線圈的初級(jí)電流進(jìn)行通電/遮斷控制后在點(diǎn)火線圈的次級(jí)一側(cè)產(chǎn)生高電壓的電源轉(zhuǎn)換部分、限制上述初級(jí)電流的電流限制電路、以及連接上述電源轉(zhuǎn)換部分的集電極和柵極的連接電路，并將上述電源轉(zhuǎn)換部分以及上述電流限制電路集成在絕緣型雙極功率晶體管的單片硅基片上，其特征在于，具備使在上述單片硅基片內(nèi)部產(chǎn)生的寄生電流流入上述電源轉(zhuǎn)換部分的發(fā)射極的路徑。通過(guò)這樣的構(gòu)成，就能夠使不需要的寄生電流流入發(fā)射極，減小對(duì)柵極的影響，使點(diǎn)火線圈的電流遮斷動(dòng)作穩(wěn)定化。
(2)在上述(1)中，上述連接電路最好具備阻抗元件，上述路徑具備根據(jù)上述阻抗元件的電壓降進(jìn)行工作的齊納二極管。
(3)在上述(1)中，上述連接電路最好由構(gòu)成在上述單片硅基片上形成的恒流電路的耗盡絕緣柵極型雙極功率晶體管、以及連接該耗盡絕緣柵極型雙極功率晶體管的電阻構(gòu)成，上述路徑由連接在上述耗盡絕緣柵極型雙極功率晶體管和上述電阻之間的同時(shí)，在上述電阻中產(chǎn)生的電壓大于齊納電壓時(shí)使該電流流入上述電源轉(zhuǎn)換部分的發(fā)射極的齊納二極管構(gòu)成。


圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施形態(tài)的內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝置的內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成圖。
圖2是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施形態(tài)的內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝置的安裝構(gòu)造的平面圖。
圖3是說(shuō)明在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施形態(tài)的點(diǎn)火裝置100中的IGBT內(nèi)部產(chǎn)生的寄生電流的影響及其降低效果的電路圖。
圖4是在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施形態(tài)的點(diǎn)火裝置100中的IGBT內(nèi)部產(chǎn)生的寄生電流的影響及其降低效果的說(shuō)明圖。
圖5是說(shuō)明在IGBT內(nèi)部產(chǎn)生的寄生電流的電路圖。
圖6是IGBT內(nèi)部產(chǎn)生的寄生電流的說(shuō)明圖。
具體實(shí)施例方式
下面，使用圖1～圖6說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施形態(tài)的內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝置的構(gòu)成和動(dòng)作。
首先，使用圖1說(shuō)明本實(shí)施形態(tài)的內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝置的內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成。
圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施形態(tài)的內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝置的內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成圖。
本實(shí)施形態(tài)的內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)由點(diǎn)火裝置100、ECU(引擎控制單元)10、點(diǎn)火線圈20、以及點(diǎn)火火花塞30構(gòu)成。
ECU10由CPU12、PNP晶體管14、電容器16、以及電阻18構(gòu)成。PNP晶體管14、電容器16和電阻18構(gòu)成ECU10的輸出級(jí)。CPU12用算出的適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)火定時(shí)使晶體管14接通、關(guān)閉，并將由高電平、低電平的脈沖組成的點(diǎn)火控制信號(hào)輸出到點(diǎn)火裝置100的輸入端子100in。
關(guān)于點(diǎn)火裝置100的詳細(xì)構(gòu)成將在后面敘述，但點(diǎn)火裝置100的主IGBT110通過(guò)ECU10的輸出信號(hào)在低電平→高電平時(shí)開(kāi)始通電、在高電平→低電平時(shí)進(jìn)行遮斷(斷路)，從而在主IGBT110的集電極端子110c上產(chǎn)生電壓。
點(diǎn)火線圈20具有初級(jí)線圈22、以及次級(jí)線圈24。在主IGBT110的集電極端子110c上產(chǎn)生的電壓供給點(diǎn)火線圈20的初級(jí)線圈22，在次級(jí)線圈24上感應(yīng)相當(dāng)于點(diǎn)火線圈20的初級(jí)線圈22和次級(jí)線圈24的匝數(shù)比倍數(shù)的高電壓。在點(diǎn)火線圈20的次級(jí)線圈中產(chǎn)生的電壓(以下，稱(chēng)做“次級(jí)電壓”)供給點(diǎn)火火花塞30。另外，由于次級(jí)電壓根據(jù)引擎的運(yùn)轉(zhuǎn)條件不同而變化，因此在集電極端子100c上產(chǎn)生的電壓也起變化，例如，在匝數(shù)比為100的點(diǎn)火線圈的次級(jí)電壓為15kV的場(chǎng)合，在集電極端子110c一側(cè)將產(chǎn)生大約150V的電壓。
下面，說(shuō)明關(guān)于點(diǎn)火裝置100的構(gòu)成。
本實(shí)施形態(tài)的點(diǎn)火裝置100是將電流限制電路和輸入級(jí)保護(hù)電路等控制電路集成在單片基片上的1芯片IGBT點(diǎn)火裝置。
點(diǎn)火裝置100具備主IGBT110，讀出(sense)IGBT120，輸入級(jí)保護(hù)電路130，電流限制電路140，反饋電路150，齊納二極管ZD1、ZD2，以及電阻R1、R2、R3。
設(shè)置在點(diǎn)火裝置100的輸入級(jí)的電阻R1是下拉電阻，通過(guò)使對(duì)應(yīng)于輸入電壓的電流流過(guò)，確保輸入端子100in的接觸電流。在下拉電阻R1的次級(jí)連接著輸入保護(hù)電路130。輸入級(jí)保護(hù)電路130是使齊納二極管ZD3，ZD4，和電阻R4，R5形成網(wǎng)絡(luò)形而構(gòu)成，并作為汽車(chē)用的電子部件對(duì)假定的外部電涌等確保具有充分富裕的容量。
輸入級(jí)保護(hù)電路的輸出經(jīng)由電阻R2，R3，輸入到主IGBT110的柵極。主IGBT110構(gòu)成使初級(jí)電流通電、遮斷的主電路。主IGBT110的集電極與點(diǎn)火裝置100的集電極端子100c連接，而且與點(diǎn)火線圈20的初級(jí)線圈22連接。主IGBT110的發(fā)射極與點(diǎn)火裝置100的發(fā)射極端子100e連接，而且接地。在主IGBT110的集電極-柵極之間連接著以初級(jí)電壓箝位電路為目的的齊納二極管ZD1。
讀出IGBT120構(gòu)成用于檢測(cè)流入主IGBT110的電流的分流(shunt)電路。讀出IGBT120的柵極連接主IGBT110的柵極，它的集電極連接主IGBT110的集電極。讀出IGBT120的發(fā)射極經(jīng)由電流檢測(cè)電阻Rs連接主IGBT110的發(fā)射極。
電流限制電路由電流檢測(cè)電阻Rs、基準(zhǔn)電壓電路14、電壓比較器144、以及NMOS晶體管146構(gòu)成?；鶞?zhǔn)電壓電路144產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓Vref。電壓比較器144將基準(zhǔn)電壓電路142產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓Vref和在電流檢測(cè)電阻Rs中產(chǎn)生的電壓進(jìn)行比較。若電流檢測(cè)電阻Rs的電壓變成大于基準(zhǔn)電壓Vref，那么，電壓比較器144就使NMOS晶體管146接通，通過(guò)降低外加的主IGBT110的柵極上的電壓，使主IGBT110變成不飽和狀態(tài)，從而對(duì)集電極電流加以電流限制。
反饋電路150連接在主IGBT110的集電極和柵極之間。反饋電路150是使反饋電流從主IGBT110的集電極流入主IGBT110的柵極的電路。IGBT110，由于其元件的特征，負(fù)反饋功能非常微弱，因此，在電流限制開(kāi)始時(shí)集電極電壓波動(dòng)大。為了抑制這種波動(dòng)，在集電極電壓比柵極電壓高的場(chǎng)合，反饋電路150將工作、以便使微小電流從集電極流入柵極后提高柵極電位。
而且，在反饋電路150中具備構(gòu)成使不需要的電流(在IGBT內(nèi)部產(chǎn)生的寄生電流)流入主IGBT110的發(fā)射極的漏泄通路的齊納二極管ZD2。此外，關(guān)于反饋電路150的詳細(xì)構(gòu)成將使用圖3后述。
在這里，使用圖3說(shuō)明本實(shí)施形態(tài)的點(diǎn)火裝置100的安裝構(gòu)造。
圖2是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施形態(tài)的內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝置的安裝構(gòu)造的平面圖。
IGBT單片基片100’是將由圖1所示的IGBT110、電流限制電路140和輸入級(jí)保護(hù)電路130等組成的點(diǎn)火裝置100集成在1芯片上形成的單片基片。IGBT單片基片100’使用焊劑等連接固定在兼作集電極端子200c的板極200上。圖1所示的點(diǎn)火裝置100的集電極端子100c與板極200連接。輸入端子200in使用焊接線BW焊接在點(diǎn)火裝置100的輸入端子100in上。發(fā)射極端子200e使用焊接線BW焊接在點(diǎn)火裝置100的發(fā)射極100e上。IGBT單片基片100’、板極200、發(fā)射極端子200e、以及輸入端子200in使用傳送模(transfer mold)樹(shù)脂210在1芯片封裝體上形成。
接著，使用圖3和圖4說(shuō)明本實(shí)施形態(tài)的點(diǎn)火裝置100中的IGBT內(nèi)部產(chǎn)生的寄生電流的影響及其降低效果。
圖3是說(shuō)明在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施形態(tài)的點(diǎn)火裝置100中的IGBT內(nèi)部產(chǎn)生的寄生電流的影響及其降低效果的電路圖，圖4是在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施形態(tài)的點(diǎn)火裝置100中的IGBT內(nèi)部產(chǎn)生的寄生電流的影響及其降低效果的說(shuō)明圖。此外，與圖1相同的符號(hào)表示相同部分。
如圖3所示那樣，反饋電路150由構(gòu)成恒流電路的耗盡型IGBT152、以及電阻R4構(gòu)成。耗盡型IGBT152的集電極與主IGBT110的集電極連接。耗盡型IGBT152的基極和發(fā)射極相互連接，而且被連接到電阻R4的一端。電阻R4的另一端與主IGBT110的基極連接。在主IGBT110的集電極電位上升的狀態(tài)下，耗盡型IGBT152通過(guò)向柵極供給恒電流而控制IGBT54，從而即使在電流限制開(kāi)始時(shí)集電極電壓有大的波動(dòng)，也能使微小電流從集電極流入柵極，提高柵極電位，抑制這種波動(dòng)。
在這里，在IGBT單片基片100’上的用自隔離型構(gòu)成的縱向耗盡型IGBT152中，如圖3和圖4所示那樣，存在形成進(jìn)入寄生PNP晶體管Tr、IGBT芯片側(cè)面的寄生電阻Rp。結(jié)果，寄生PNP晶體管Tr在主IGBT110的電流遮斷時(shí)，通過(guò)由于在IGBT單片基片內(nèi)的N+緩沖層的電位梯度上產(chǎn)生的電子電流而驅(qū)動(dòng)基極，并使放大的寄生電流流入該集電極。另外，由于在芯片側(cè)面存在的寄生電阻Rp的大小使寄生PNP晶體管Tr的外觀上的Hfe分散，因此，不能限定寄生電流、成為過(guò)大電流流過(guò)的主要原因。
因此，在本實(shí)施形態(tài)中，如圖3所示那樣，在耗盡型IGBT152和串聯(lián)電阻R4之間連接著齊納二極管ZD2。齊納二極管ZD2的陽(yáng)極與主IGBT110的發(fā)射極連接。通過(guò)在IGBT單片基片內(nèi)的N+緩沖層中產(chǎn)生的電子電流驅(qū)動(dòng)寄生PNP晶體管Tr的基極，并使放大的電流流入集電極。但是，若在串聯(lián)電阻R4中產(chǎn)生的電壓降變成大于齊納二極管ZD2的齊納電壓，那么，由于電流作為不需要的電流Ir全部流入IGBT110的發(fā)射極，因此，降低這種不需要的電流對(duì)IGBT110的柵極的影響。
此處，使用圖5和圖6說(shuō)明在沒(méi)有設(shè)置齊納二極管ZD2的場(chǎng)合的寄生電流。
圖5是說(shuō)明在IGBT內(nèi)部產(chǎn)生的寄生電流的電路圖，圖6是在IGBT內(nèi)部產(chǎn)生的寄生電流的說(shuō)明圖。此外，與圖3、圖4相同的符號(hào)表示相同部分。
寄生PNP晶體管Tr的基極通過(guò)在主IGBT110的電流遮斷時(shí)用在IGBT基片內(nèi)的N+緩沖層的電位梯度產(chǎn)生的電子電流被驅(qū)動(dòng)，結(jié)果，被寄生PNP晶體管Tr的集電極放大的寄生電流Ir’流入主IGBT110的柵極，不必要地使柵極的電位上升。尤其是，通過(guò)電流遮斷時(shí)的集電極電壓上升，有可能產(chǎn)生過(guò)大的寄生電流Ir’，因此，柵極電位升高，遮斷動(dòng)作變得不穩(wěn)定。
象以上所說(shuō)明的那樣，若依據(jù)本實(shí)施形態(tài)，通過(guò)設(shè)置使來(lái)自主IGBT110的集電極的寄生電流的影響引起的不需要的電流流入象齊納二極管ZD2那樣的發(fā)射極的路徑，就能得到穩(wěn)定的點(diǎn)火線圈的電流遮斷動(dòng)作。因此，就能夠用在自隔離層中制作的晶體管構(gòu)成象電流限制電路和輸入級(jí)保護(hù)電路那樣的控制電路。因此，就有可能用最少的工序集成在IGBT的單片硅基片上，能夠制成動(dòng)作穩(wěn)定、可靠性高的1芯片點(diǎn)火電極。
若依據(jù)本發(fā)明，就能夠使內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝置中的點(diǎn)火線圈的電流遮斷動(dòng)作穩(wěn)定化。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝置，它具有根據(jù)輸入的點(diǎn)火控制信號(hào)對(duì)流入點(diǎn)火線圈的初級(jí)電流進(jìn)行通電/遮斷控制后在點(diǎn)火線圈的次級(jí)產(chǎn)生高電壓的電源轉(zhuǎn)換部分(110)、限制上述初級(jí)電流的電流限制電路(140)、以及連接上述電源轉(zhuǎn)換部分的集電極和柵極的連接電路(150)，并將上述電源轉(zhuǎn)換部分和上述電流限制電路集成在絕緣柵極型雙極功率晶體管的單片硅基片上，其特征在于，具備使在上述單片硅基片內(nèi)部產(chǎn)生的寄生電流流入上述電源轉(zhuǎn)換部分的發(fā)射極的路徑(ZD2)。
2.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝置，其特征在于，上述連接電路具備阻抗元件，上述路徑具備根據(jù)上述阻抗元件的電壓降進(jìn)行動(dòng)作的齊納二極管(ZD2)。
3.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝置，其特征在于，上述連接電路由構(gòu)成在上述單片硅基片上形成的恒流電路的耗盡絕緣柵極型雙極功率晶體管(152)、以及與該耗盡絕緣柵極型雙極功率晶體管連接的電阻(R4)構(gòu)成，上述路徑由連接在上述耗盡絕緣柵極型雙極功率晶體管和上述電阻之間的同時(shí)，在上述電阻中產(chǎn)生的電壓變成大于齊納電壓的場(chǎng)合，使該電流流入上述電源轉(zhuǎn)換部分的發(fā)射極的齊納二極管構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供能得到穩(wěn)定的點(diǎn)火線圈的電流遮斷動(dòng)作的內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝置。主IGBT(110)根據(jù)輸入的點(diǎn)火控制信號(hào)對(duì)流入點(diǎn)火線圈的初級(jí)電流進(jìn)行通電/遮斷控制后在點(diǎn)火線圈的次級(jí)一側(cè)產(chǎn)生高電壓。主IGBT(110)和電流限制電路(150)被集成在絕緣柵極型雙極功率晶體管的單片硅基片上。主IGBT的集電極和柵極通過(guò)構(gòu)成恒流電路的耗盡型IGBT(152)、以及電阻(R4)被連接。當(dāng)在電阻(R4)中產(chǎn)生的電壓變成大于齊納電壓時(shí),齊納二極管(ZD2)將使該電流流入主IGBT的發(fā)射極。
文檔編號(hào)F02P3/055GK1423729SQ00818331
公開(kāi)日2003年6月11日 申請(qǐng)日期2000年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月26日
發(fā)明者伊藤太加志, 小林良一, 杉浦登, 深津克明 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所, 株式會(huì)社日立汽車(chē)工程