JP4983571B2 - 内燃機関用点火装置 - Google Patents

Description

本発明は、コイル電流を通電・遮断するパワースイッチング素子と、それを制御するための制御回路ＩＣとを有する内燃機関用点火装置に関する。

従来、点火コイルへの通電を制御することで、内燃機関での点火タイミングを制御するイグナイタとしての点火装置が種々知られている。出願人が先に出願した特許文献１では、点火装置はスイッチング素子として機能するＩＧＢＴチップや当該ＩＧＢＴチップを制御するＩＣチップがリードフレームに実装され、樹脂でモールドされて構成される。ＩＧＢＴチップのエミッタ電位はリードフレームＧＮＤに接続される。ＩＣチップに設けられた回路グランドは、ＩＧＢＴチップのエミッタ電位に接続され、ＩＣチップがＩＧＢＴグランドに接地された状態となっている。そして、例えばエンジンＥＣＵからの指令に応じてＩＣチップがＩＧＢＴチップをスイッチング駆動することで点火コイルへの通電が制御されるようになっている。この技術において、小型化できるという長所を生かし、誘電分離構造を持つ制御ＩＣが提案されている。誘電分離構造のＩＣには、分離され、回路が形成されていない領域をグランドにとるためにＦＧ（フィールドグランド）用パッドが設けられている。これは、分離された回路素子間の電位干渉を防ぐ目的である。そして、これをリードフレームＧＮＤに接続するのが一般的である。
特開２００６−２９９９８８号公報

しかしながら、前記誘電分離構造を持つ制御ＩＣで構成した点火装置での定電流制御域においてノイズによって誤動作することが確認された。これは次の理由によるものであると考えられる。

すなわち、点火装置のＩＣチップに設けられた回路グランドは、ＩＧＢＴチップのエミッタ電位に接続されている一方、ＩＣチップに設けられたＦＧは点火装置のグランド用のリードフレームに接続されている。このため、ＩＣチップ内でＩＣチップ内の回路グランドとＦＧとに電位差が生じる。この電位差がＩＣチップ内に生じていることによって、点火装置の周辺回路や外部で発生したノイズの影響を受けると考えられる。

本発明は、上記点に鑑み、周辺回路や外部で発生したノイズによる誤動作を防止することができる内燃機関用点火装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の特徴では、誘電分離構造を持つ制御回路ＩＣ（３）は、当該制御回路ＩＣ（３）に作り込まれた回路の回路グランドに接続された回路グランド用パッド（３ｂ）と、制御回路ＩＣ（３）において回路が形成されていない領域の一部をフィールドグランドとし、当該フィールドグランドに接続されたフィールドグランド用パッド（３ｃ）とを有しており、
回路グランド用パッド（３ｂ）と前記フィールドグランド用パッド（３ｃ）とはワイヤ（Ｗ７）を介して接続されていることを特徴とする。

このように、制御回路ＩＣ（３）において備えられた回路グランド用パッド（３ｂ）とフィールドグランド用パッド（３ｃ）とをワイヤ（Ｗ７）で接続することで、制御回路ＩＣ（３）に設けられた各グランドを同電位にすることができる。これにより、ノイズが影響する電位差を無くすことができるので、外部からのノイズに対する影響を防止することができ、ひいてはノイズによる点火装置の誤動作を防止することができる。

この場合、スイッチＩＣ（２）は、半導体スイッチング素子（５）のエミッタ電位に接続されたエミッタ用パッド（２ｂ）を有し、制御回路ＩＣ（３）の回路グランド用パッド（３ｂ）とスイッチＩＣ（２）のエミッタ用パッド（２ｂ）とはワイヤ（Ｗ６）を介して接続されている。

これにより、スイッチＩＣ（２）のグランドであるエミッタ電位、制御回路ＩＣ（３）の回路グランドおよびフィールドグランドの各グランドを同電位とすることができ、各ＩＣにおいてノイズの影響を受ける電位差を無くすことができる。

本発明の第２の特徴では、上記に示された点火装置を、負荷をスイッチングする電子装置として構成した場合にも、同様の効果を得ることができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。以下で示される内燃機関用点火装置は、例えば内燃機関に設置された点火コイルへの通電を制御するイグナイタとして用いられ、内燃機関での点火タイミングを制御するものとして好適である。

図１は、本発明の一実施形態に係る点火装置１の回路構成図である。また、図２は、本実施形態における点火装置１の部品構成レイアウト図である。これらの図を参照して、本実施形態における点火装置１について説明する。

図１に示されるように、点火装置１には、スイッチＩＣ２と制御回路ＩＣ３とが備えられている。これらスイッチＩＣ２と制御回路ＩＣ３とは別々のチップで構成され、互いにワイヤを介して接続された構成となっている。

スイッチＩＣ２は、点火コイル４の１次巻線４ａへの通電のスイッチング制御を行うためのものである。このスイッチＩＣ２には、半導体スイッチング素子に相当するＩＧＢＴ５と抵抗６が備えられている。

ＩＧＢＴ５には、点火コイル４の１次巻線４ａへの通電のスイッチング制御を行うために用いられるメインセルと、メインセル側のＩＧＢＴ５に流される電流量を検出するために用いられる電流検出セルとがある。これら各セルのＩＧＢＴ５へのゲート電圧の制御は、抵抗６を介して入力される制御回路ＩＣ３からの制御信号によって行われるようになっている。

ＩＧＢＴ５のコレクタ端子に負荷となる点火コイル４の１次巻線４ａが接続され、エミッタ端子にＧＮＤが接続されており、ＩＧＢＴ５のエミッタからＧＮＤにメイン電流が流れる。また、電流検出セル側のＩＧＢＴ５のコレクタ端子は、メインセル側のＩＧＢＴ５のコレクタ端子と共通化されており、エミッタ端子は制御回路ＩＣ３に接続されている。これにより、エミッタ端子から流れる電流検出用のセンス電流、すなわちメインセル側のＩＧＢＴ５に流れる電流に比例する電流が制御回路ＩＣ３にフィードバックされるようになっている。

このような構成のスイッチＩＣ２において、ＩＧＢＴ５へのゲート電圧は、抵抗６を介して入力される制御回路ＩＣ３からの制御信号によって行われるようになっている。そして、ＩＧＢＴ５へのゲート電圧の電位レベルがハイレベルになるとＩＧＢＴ５がＯＮし、点火コイル４における１次巻線４ａへの通電が行われ、ゲート電圧の電位レベルがローレベルになるとＩＧＢＴ５がＯＦＦし、点火コイル４における１次巻線４ａへの通電が遮断されるようになっている。

なお、抵抗６は、ＩＧＢＴ５のゲートに対してゲート電圧を印加するための入力抵抗である。

一方、制御回路ＩＣ３は、エンジンＥＣＵ８から送られてくる点火信号をスイッチＩＣ２におけるＩＧＢＴ５の制御信号として伝える役割を果たすものである。

この制御回路ＩＣ３には、駆動回路９と、定電流制御回路１０とが備えられ、これらにより点火コイル４の１次巻線４ａに流されるコイル電流に基づいてＩＧＢＴ５の制御信号を調整できるようになっている。

また、制御回路ＩＣ３には、図示しない電源からの電力供給が為されるようになっており、この電源からの電力供給に基づいて制御回路ＩＣ３が駆動されるようになっている。

制御回路ＩＣ３に入力された点火信号は、駆動回路９に入力された後、ＩＧＢＴ５をＯＮ／ＯＦＦ駆動するためのゲート電圧に変換されるようになっている。このため、基本的には、駆動回路９から入力されるゲート電圧によってＩＧＢＴ５がＯＮ／ＯＦＦ駆動される。

定電流制御回路１０は、電流検出セル側のＩＧＢＴ５から流されるセンス電流を入力し、その大きさに基づいて各ＩＧＢＴ５のゲート電圧を調整するものである。例えば、定電流制御回路１０は、この定電流制御回路１０内に備えられた図示しない抵抗によってセンス電流を電圧変換し、その電圧の変化に基づいて各ＩＧＢＴ５のゲート電圧を調整する。

この定電流制御回路１０は、例えば、参照電圧を形成する電源部とＯＰアンプおよび参照電圧の電圧値を温度補正するための温度特性を有するダイオード等によって構成される。これらの構成により、ダイオードの温度特性によって温度補正された参照電圧と電圧変換されたセンス電流とを比較し、ゲート電圧調整用の出力を発生させる。

そして、このように構成される点火装置１の各構成要素が、図２に示されるように、一枚の金属板を打ち抜いて形成した各種端子を構成するリードフレーム２０の上の所定位置に実装されたのち、モールド樹脂１ａによって樹脂封止されることで、点火装置１が構成されている。

具体的には、スイッチＩＣ２は、点火コイル４の１次巻線４ａに接続される出力端子２１の上に実装され、制御回路ＩＣ３は、ＧＮＤ端子２２の上に実装されている。

そして、スイッチＩＣ２は、ワイヤを介して制御回路ＩＣ３と、ワイヤＷ１を介してＧＮＤ端子２２と電気的に接続されている。また、制御回路ＩＣ３は、ワイヤＷ２を通じて点火信号が入力される入力端子２３と、ワイヤＷ３を通じて保護抵抗１２と電気的に接続されている。さらに、保護抵抗１２は、ワイヤＷ４を通じてバッテリに接続される電源（＋Ｂ）端子２４と電気的に接続されている。

図３は、スイッチＩＣ２と制御回路ＩＣ３とのグランドの接続を示した模式図である。なお、図３では、グランドに関わるワイヤのみを描いてあり、他のワイヤやパッドの一部を省略してある。

制御回路ＩＣ３には、当該制御回路ＩＣ３に作り込まれた回路の回路グランドに接続されると共に、スイッチＩＣ２に設けられた各エミッタ用パッド２ｂに対応した回路グランド用パッド３ｂが設けられており、各エミッタ用パッド２ｂと各回路グランド用パッド３ｂとがワイヤＷ６でそれぞれ接続されている。

また、制御回路ＩＣ３にはフィールドグランド（ＦＧ）用パッド３ｃが設けられている。フィールドグランドとは、駆動回路等が誘電体分離され、複数の半導体島を持つ半導体集積回路において、各駆動回路で発生したノイズまたは外部ノイズの各相間に対する影響を考慮しなければならないため、誘電体分離半導体島相互間の浮動である電位をグランドにすることでノイズをグランドへ流し、相互干渉、ノイズによる誤動作を防止するための各半導体島間のグランドを指す。すなわち、フィールドグランドは、制御回路ＩＣ３において駆動回路等が形成されていない領域の一部と言える。

そして、スイッチＩＣ２のエミッタ用パッド２ｂに対応した回路グランド用パッド３ｂと制御回路ＩＣ３のＦＧ用パッド３ｃとがワイヤＷ７で接続されている。これにより、一点アースとなり、スイッチＩＣ２のグランドおよび制御回路ＩＣ３のグランドがＦＧの電位と同電位となる。ワイヤとしては、ＡｌやＡｕの材質のものが用いられる。

以上のような構成により点火装置１が構成されている。そして、スイッチＩＣ２に備えられたＩＧＢＴ５のコレクタ端子に点火コイル４の１次巻線４ａが接続されると共に、点火コイル４の２次巻線４ｂがプラグ１３に接続されることで、点火装置１によるプラグ１３の点火タイミングの制御が行われるようになっている。

次に、上記の点火装置１の作動について、図４を参照して説明する。図４は、エンジンＥＣＵ８から点火装置１に入力信号として点火信号を入力したときのタイミングチャートである。

まず、エンジンＥＣＵ８から点火装置１に入力される点火信号がハイレベルとなると、駆動回路９を経たハイレベルのゲート電圧がスイッチＩＣ２に伝えられる。このため、抵抗６を介して各ＩＧＢＴ５に高いゲート電圧が印加され、各ＩＧＢＴ５がＯＮ状態とされる。これにより、各ＩＧＢＴ５のコレクタ−エミッタ間に電流が流れ、点火コイル４の１次巻線４ａに流れるコイル電流が上昇していく。そして、ＩＧＢＴ５がＯＦＦした瞬間、２次巻線４ｂからプラグ１３の放電に必要な電圧が発生し、内燃機関での点火が行われる。

コイル電流は、点火信号がハイレベルの間上昇し続けるため、大きな電流が点火コイル４に流れるとＩＧＢＴ５が破壊される可能性がある。そこで、本実施形態では、コイル電流に定電流制御値となるしきい値を設け、コイル電流を当該しきい値で飽和させている。

また、エンジンＥＣＵ８からの点火信号がローレベルのときには、ＩＧＢＴ５のゲート電圧が低下するため、ＩＧＢＴ５がＯＦＦ状態とされ、点火コイル４の１次巻線４ａへのコイル電流が遮断される。

以上説明したように、本実施形態では、スイッチＩＣ２のグランド電位としてのエミッタ用パッド２ｂと制御回路ＩＣ３の回路グランドとしての回路グランド用パッド３ｂとをワイヤＷ６でそれぞれ接続すると共に、制御回路ＩＣ３においてエミッタ用パッド２ｂに対応した回路グランド用パッド３ｂとＦＧ用パッド３ｃとをワイヤＷ７で接続したことが特徴となっている。

これにより、スイッチＩＣ２のグランド（エミッタ電位）、制御回路ＩＣ３の回路グランド、そしてＦＧの各グランドを同電位とすることができ、各グランドの電位差を無くすことができる。したがって、外部からのノイズに対する影響を防止することができ、ひいてはノイズによる点火装置１の誤動作を防止することができる。

また、制御回路ＩＣ３において回路グランド用パッド３ｂとＦＧ用パッド３ｃとをワイヤＷ７で接続して新たな電気経路を形成するだけであるので、ノイズ除去用の新たな部品等を追加することなく、ノイズの影響を防止することができる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、点火装置１としてイグナイタを例に説明したが、負荷のスイッチングを行う半導体スイッチング素子を備えたスイッチＩＣ２や当該スイッチＩＣ２を制御駆動する制御回路ＩＣ３を備えた電子装置に対しても本発明を採用することができる。

本発明の一実施形態に係る点火装置の回路構成図である。 図１に示される点火装置の部品構成レイアウト図である。 スイッチＩＣと制御回路ＩＣとのグランドの接続を示した模式図である。 エンジンＥＣＵから点火装置に入力信号として点火信号を入力したときのタイミングチャートである。

符号の説明

１…点火装置、２…スイッチＩＣ、２ｂ…エミッタ用パッド、３…制御回路ＩＣ、３ｂ…回路グランド用パッド、３ｃ…フィールドグランド用パッド、４…点火コイル、５…ＩＧＢＴ、Ｗ１〜Ｗ７…ワイヤ。

Claims (2)

1. 点火コイル（４）に流れるコイル電流のスイッチングを行う半導体スイッチング素子（５）が備えられたスイッチＩＣ（２）と、
   誘電分離構造を持つものであり、前記スイッチＩＣ（２）における前記半導体スイッチング素子（５）をＯＮ、ＯＦＦ制御するための制御信号を出力する制御回路ＩＣ（３）とを備え、
   前記制御回路ＩＣ（３）は、
   当該制御回路ＩＣ（３）に作り込まれた回路の回路グランドに接続された回路グランド用パッド（３ｂ）と、
   前記制御回路ＩＣ（３）において回路が形成されていない領域の一部をフィールドグランドとし、当該フィールドグランドに接続されたフィールドグランド用パッド（３ｃ）とを有し、
   前記回路グランド用パッド（３ｂ）と前記フィールドグランド用パッド（３ｃ）とはワイヤ（Ｗ７）を介して接続されており、
   前記スイッチＩＣ（２）は、前記半導体スイッチング素子（５）のエミッタ電位に接続されたエミッタ用パッド（２ｂ）を有し、
   前記制御回路ＩＣ（３）の前記回路グランド用パッド（３ｂ）と前記スイッチＩＣ（２）の前記エミッタ用パッド（２ｂ）とはワイヤ（Ｗ６）を介して接続されていることを特徴とする点火装置。
2. 負荷のスイッチングを行う半導体スイッチング素子（５）が備えられたスイッチＩＣ（２）と、
   誘電分離構造を持つものであり、前記スイッチＩＣ（２）における前記半導体スイッチング素子（５）をＯＮ、ＯＦＦ制御するための制御信号を出力する制御回路ＩＣ（３）とを備え、
   前記制御回路ＩＣ（３）は、
   当該制御回路ＩＣ（３）に作り込まれた回路の回路グランドに接続された回路グランド用パッド（３ｂ）と、
   前記制御回路ＩＣ（３）において回路が形成されていない領域の一部をフィールドグランドとし、当該フィールドグランドに接続されたフィールドグランド用パッド（３ｃ）とを有し、
   前記回路グランド用パッド（３ｂ）と前記フィールドグランド用パッド（３ｃ）とはワイヤ（Ｗ７）を介して接続されており、
   前記スイッチＩＣ（２）は、前記半導体スイッチング素子（５）のエミッタ電位に接続されたエミッタ用パッド（２ｂ）を有し、
   前記制御回路ＩＣ（３）の前記回路グランド用パッド（３ｂ）と前記スイッチＩＣ（２）の前記エミッタ用パッド（２ｂ）とはワイヤ（Ｗ６）を介して接続されていることを特徴とする電子装置。

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