JPH10325384A - 内燃機関用点火装置 - Google Patents
内燃機関用点火装置Info
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- JPH10325384A JPH10325384A JP9134904A JP13490497A JPH10325384A JP H10325384 A JPH10325384 A JP H10325384A JP 9134904 A JP9134904 A JP 9134904A JP 13490497 A JP13490497 A JP 13490497A JP H10325384 A JPH10325384 A JP H10325384A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
- F02P3/00—Other installations
- F02P3/02—Other installations having inductive energy storage, e.g. arrangements of induction coils
- F02P3/04—Layout of circuits
- F02P3/055—Layout of circuits with protective means to prevent damage to the circuit, e.g. semiconductor devices or the ignition coil
- F02P3/0552—Opening or closing the primary coil circuit with semiconductor devices
- F02P3/0554—Opening or closing the primary coil circuit with semiconductor devices using digital techniques
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
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Abstract
ち、電流制限時の一次電流およびコレクタ電圧の跳ね上
がり現象を効果的に抑制した安全性の高い内燃機関用点
火装置を提供する。 【解決手段】 点火コイル20を制御するスイッチング
素子をIGBT21で構成し、IGBT21の電流制限
値の設定を制御用トランジスタ33のベースに印加する
バイアス電圧で設定し、制御用トランジスタ33のエミ
ッタを電流検出回路に接続してエミッタフォロワとする
ことによりエミッタの電圧上昇で次段トランジスタ36
をオン/オフさせて電流制限をかける構成とし、前記バ
イアス電圧はダイオード32を通しかつチャージ用のコ
ンデンサ38を介して制御用トランジスタ33のベース
に印加し、次段トランジスタ36のベース電圧からフィ
ードバック抵抗37を介してバイアス電圧にフィードバ
ックすることで電流制限のかかり始めに発生するIGB
Tのコレクタ電圧の跳ね上がりを抑制する。
Description
置に関し、特に、絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ
(以下IGBTと称す)をスイッチング素子として使用
した内燃機関用点火装置に関するものである。
として用いた従来の一般的な内燃機関用点火装置を示し
ている。電子制御装置(以下ECUと称す)1の出力段
は、PNPトランジスタ9、NPNトランジスタ10、
抵抗11より構成され、CPU8により算出された適正
な点火タイミングでトランジスタ9、10をオンオフ
し、点火装置2にロー/ハイのパルスを出力するように
なっている。
ドIC19とで構成されている。ハイブリッドIC19
は、一次電流を検知する電流検出用負荷16、ゲート電
圧を制御して一次電流を設定値に制限する電流制御用ト
ランジスタ17、および入力抵抗18を実装したもので
ある。IGBT21は、点火コイル20の1次コイルに
流れる一次電流を通電、遮断する主回路を構成してい
る。なお、VS はバッテリ端子、14は1次電流の流れ
はじめに発生する逆電圧を防止する高圧ダイオードであ
る。
している。該図8において、AはIGBT21のゲート
に印加される点火入力信号、Bは点火コイル20に流れ
る一次電流、CはIGBT21のコレクタ電圧、Dは点
火コイル20の二次電圧を示す。
入力信号Aが印加されて一次電流Bが流れ、電流検出用
負荷16の電圧がそれに応じて上昇する。電流検出用負
荷16の電圧が電流制御用トランジスタ17の動作電圧
になると、この電流制御用トランジスタ17はオンし、
ゲート電圧は減少する。これにより、IGBT21が能
動状態となり、コレクタ電圧Cが上昇して電流は一定に
保持される。
特開平6−53795のような半導体装置も開示されて
いる。この装置は、スイッチング素子であるIGBTの
センス用エミッタの下流にセンス用抵抗を接続し、この
センス用抵抗の降下電圧で駆動されるMOS−FETに
よりバイパス制御されるゲート電圧を、IGBTのゲー
ト電極の直前の挿入された緩和抵抗を介してIGBTに
印加する。そして、IGBTの応答速度を低下させるこ
とにより、センス用抵抗における電圧の急増を防止し、
安定的に電流を制限するようにしている。
従来技術は、図8の動作波形に示されているように、電
流制限のかかり始めにおいて、ゲート制御の位相遅れと
IGBT21のゲインの関係により、コレクタ−エミッ
タ間電圧が跳ね上がり、この影響により点火コイル20
に流れる一次電流Bが跳ね上がる現象(B1 部分)が発
生する。組み合わせ点火コイルによっては、高温等によ
りIGBT15のゲインが上昇した場合、コレクタ−エ
ミッタ間電圧は激しく発振(C1 部分)することもあ
る。
二次電圧Dが誘発されるため、一次電流Bの跳ね上がり
で不要な二次電圧(D1 部分)が発生し、その後点火信
号の遮断により正規の二次電圧(D2 部分)が発生す
る。前記不要な二次電圧がスパークプラグ電極間ギャッ
プの絶縁を破壊するに十分な電圧になると、この時点で
スパークプラグに放電がおこるため適切な点火タイミン
グとは異なる点火が起こるという問題がある。
従来技術は、電流制限のかかり始めに発生するIGBT
のコレクタ電圧の跳ね上がりを抑制するために、IGB
Tの応答速度を低下させることで対応しているが、この
技術を自動車の内燃機関用点火装置に用いた場合、点火
コイルのようなインダクタンスをローサイドでドライブ
する場合においては、充分に発振を抑制できず、また、
応答速度を低下させているため、高速スイッチングには
不向きであり、IGBTのゲート容量により、電流遮断
速度が低下し、発生2次電圧が充分に得られないという
問題がある。
ンが高くなった場合、コレクタ電圧の発振がさらに増長
され電流が発振し、これにより点火コイルに高電圧が誘
発されるという問題もある。本発明は、このような問題
に鑑みてなされたものであって、その目的とするところ
は、特に、点火装置の保護機能として電流制限機能を持
ち、電流制限時の一次電流およびコレクタ電圧の跳ね上
がり現象を効果的に抑制した安全性の高い内燃機関用点
火装置をを提供することである。
本発明は、電子制御装置から出力される点火制御信号に
応じて点火コイルに流れる一次電流を通電、遮断制御し
てその二次側に高電圧を発生させるスイッチング素子を
IGBTで構成し、該IGBTの過電流保護としての電
流制限回路を有する内燃機関用点火装置において、前記
電流制限回路は、前記IGBTの制御回路と、電流制限
値を設定する制御基準電圧回路とを備え、前記制御回路
の電源を前記電子制御装置からの点火制御信号から取
り、前記制御基準電圧回路に基準電圧を緩やかに変化さ
せるためのコンデンサを接続し、電流制限を緩やかにか
けることにより電流制限のかかり始めに発生する前記I
GBTのコレクタ電圧の跳ね上がりを抑制したことを特
徴としている。
れる点火制御信号に応じて点火コイルに流れる一次電流
を通電、遮断制御してその二次側に高電圧を発生させる
スイッチング素子をIGBTで構成し、該IGBTの過
電流保護としての電流制限回路を有する内燃機関用点火
装置において、前記電流制限回路は、前記IGBTの制
御回路と、電流制限値を設定する制御基準電圧回路とを
備え、前記制御回路の電源を前記点火コイルのバッテリ
端子から抵抗およびツェナーダイオードを介して取り、
前記制御基準電圧回路に基準電圧を緩やかに変化させる
ためのコンデンサを接続し、電流制限を緩やかにかける
ことにより電流制限のかかり始めに発生する前記IGB
Tのコレクタ電圧の跳ね上がりを抑制したことを特徴と
している。
様としては、電流制限値の設定を制御用トランジスタの
ベースに印加するバイアス電圧で設定し、該制御用トラ
ンジスタのエミッタを電流検出回路に接続してエミッタ
フォロワとすることによりエミッタの電圧上昇で次段ト
ランジスタをオン/オフさせて電流制限をかける構成と
し、前記印加するバイアス電圧はダイオードを通しかつ
チャージ用のコンデンサ介して前記制御用トランジスタ
のベースに印加され、さらに次段トランジスタのベース
電圧から前記バイアス電圧にフィードバックすることで
電流制限のかかり始めに発生する前記IGBTのコレク
タ電圧の跳ね上がりを抑制したことを特徴としている。
トランジスタとをダーリントン構成とし、前記1段目の
トランジスタのエミッタと前記制御用トランジスタのベ
ース間を前記コンデンサを介してGNDに落とした構成
とし、かつ前記次段トランジスタのベース電圧から基準
電圧設定用バイアス電圧にフィードバックすることで電
流制限のかかり始めに発生するIGBTのコレクタ電圧
の跳ね上がりを抑制したことを特徴としている。
ースに印加するバイアス電圧を、前記電子制御装置の可
変電圧源またはイグナイタ内の異常検出回路からの信号
で制御するように構成し、前記IGBTのコレクタ電流
を任意のタイミングで0アンペア〜飽和電流制限間に可
変し、かつ前記コンデンサの充/放電時定数効果により
前記点火コイルの二次側に高電圧を誘起させることのな
いように前記IGBTのコレクタ電流制限を暫時緩慢に
増減するようにしたことを特徴としている。
関用点火装置においては、制御回路のバイアス電源にコ
ンデンサを接続して制御応答性を緩やかにし、制御用ト
ランジスタを緩やかに動作させて電流制限を緩やかにか
けることにより、IGBTのコレクタ電圧の発振を抑制
する。このため、IGBTをスイッチング素子とし、過
電流保護としての電流制限機能を持たせた内燃機関用点
火装置において、電流制限のかかり始めに発生する一次
電流及びコレクタ電圧の跳ね上がり現象が抑制でき、安
全で信頼性の高い点火装置が得られる。
に基づいて説明する。なお、図7と同一部材または同一
機能のものは同一符号で示している。図1は、本発明の
第1実施の形態に係る内燃機関用点火装置を示してい
る。
テリ端子VB に接続され、他端は点火コイル20に流れ
る一次電流を通電、遮断する主回路を構成するIGBT
21のコレクタに接続されている。このIGBT21の
ゲートは、ハイブリッドIC40に接続されている。ハ
イブリッドIC40は、一次電流を検知する電流検出用
負荷22、この電流検出用負荷22により発生した電圧
を分圧するための抵抗23、24、入力抵抗25、コン
デンサ38、及び、電流制限回路39を実装した構成で
ある。
れており、制御基準電圧回路は外部信号と回路の内部電
源を分離するための抵抗26、回路の内部電源を作るツ
ェナーダイオード27を備え、前記ECU1からの点火
制御信号の電圧を利用した定電圧回路で構成されてい
る。抵抗28およびダイオード29、30は回路の内部
電源から抵抗31に電流を流す回路を構成し、抵抗28
と31の分圧、ダイオード29、30の順方向電圧によ
って電流制限回路39の基準電圧を決定する。
9、30の順方向電圧の和はダイオード32を介してI
GBTの制御回路を構成するNPNトランジスタ33
(以下制御用トランジスタと称す)のベースに印加され
る。すなわち、制御用トランジスタ33は抵抗34によ
りプルアップされ、ダイオード29と30の順方向電圧
と抵抗31に発生する電圧によってダイオード32を介
してバイアスがかけられている状態となる。ダイオード
32と制御用トランジスタ33のベースの間には充/放
電用のコンデンサ38の片側が接続され、コンデンサ3
8のもう一方はGNDに接続される。
流検出回路の分圧用の抵抗23、24を介して電流検出
用負荷22に接続され、抵抗24の電圧降下が制御用ト
ランジスタ33のベース電圧以上になると、制御用トラ
ンジスタ33はエミッタ側から遮断され、電流は抵抗3
5を介してIGBTの制御回路を構成する次段トランジ
スタ36のベースに流れ、この次段トランジスタ36は
オンする。トランジスタ36のベースと抵抗31の間に
はフィードバック抵抗37が挿入され、トランジスタ3
6のベース電位が上がるにつれて抵抗31の電圧降下を
上昇させる。
電圧上昇は制御用トランジスタ33のバイアス電圧の上
昇になるが、制御用トランジスタ33のバイアス電圧は
コンデンサ38を充電しながら緩やかに上昇するためト
ランジスタ36を緩やかにオンさせて急激な変化を防止
している。これによりIGBT21を流れる一次電流の
電流制限は緩やかにかかり、IGBT21のコレクタ電
圧は極端に跳ね上がることが防止される。
を示している。該図2において、AはIGBT21のゲ
ート電圧、Bは点火コイル20の一次電流、CはIGB
T21のコレクタ電圧、Dは電流検出用負荷22の発生
電圧、Eは制御用トランジスタ33のベース電圧であ
る。
ト電圧AがIGBT21のスレッシュホールド電圧以上
となり、IGBT21がONする。ポイントT1 〜T2
において一次電流Bが流れ、これによってIGBT21
のコレクタ−エミッタ間電圧Cは通常約2V程度上昇
し、電流検出負荷22の発生電圧Dが上昇し、制御用ト
ランジスタ33のベース電圧Eは電流検出負荷22の発
生電圧分持ち上げられる。
ジスタ33が遮断され、フィードバック抵抗37により
制御用トランジスタ33のベース電圧Eはフィードバッ
ク分上昇するが、コンデンサ38の影響により緩やかに
安定する(ポイントT3 〜T4 )。この状態でIGBT
21は能動状態となり、IGBT21のコレクタ電圧C
は制御用トランジスタ33のベース電圧Eと同じ軌道を
描いて安定することにより、電流制限を緩やかにかける
ことができ、電流制限のかかり始めに起こる一次電流の
跳ね上がりを抑制することができる。
ので、図1におけるダイオード32と制御用トランジス
タ33の組み合わせに代えて、ダイオード32をトラン
ジスタ41に置き換えてダーリントン接続した構成のも
のである。この場合コンデンサ38は初段のトランジス
タ41のエミッタと制御用トランジスタ33のベース間
に挿入すれば第1実施の形態と同様の効果が得られる。
いる。本実施の形態では、制御回路の電源をバッテリ端
子VB からとる方式としており、抵抗42とツェナーダ
イオード43により回路に供給する電源を構成してい
る。本実施の形態では安定した電源電圧を供給すること
ができるため、精度のよい制御が可能となる。また、基
準バイアス電源であるツェナーダイオード27を精度お
よび温度特性のよいバンドギャップリファレンス電源に
置き換えることにより、さらに精度および温度特性のよ
い制御が可能となる。
る。本実施の形態は、IGBT21のコレクタ電流を緩
やかに制御する効果を利用して、制御用トランジスタ3
3のベースに印加する電圧を制御することにより、IG
BT21のコレクタ電流(電流制限)を任意のタイミン
グで0アンペア〜飽和電流間で可変させるようにしたも
のである。
前記バイアス電源をECU1の可変電圧源51からPN
Pトランジスタ52のベースに供給し、そのエミッタを
定電流源53によりベース−エミッタ間電圧(VBE)1
個分電位を上げて次段NPNトランジスタ54のベース
に接続し、抵抗28、31、ダイオード29、30のエ
ミッタフォロワで構成し、ダイオード29のアノード部
電位をダイオード32を介して制御用トランジスタ33
のベースに印加している。このため、制御用トランジス
タ33のベースは抵抗31の電位差分を加えてバイアス
される構成となっており、さらに制御用トランジスタ3
3のベースとGND間に、コンデンサ38と放電用の抵
抗62の並列回路を挿入して制御中のIGBT21のコ
レクタ電流の変化を緩やかにしている。
イアス電圧を制御することによりIGBT21のコレク
タ電流制限値を任意にかつ緩やかに可変できるため、エ
ンジンのコンディションにより電流制限値を変化させて
点火コイルに流す電流を増減させる場合、あるいは、異
常時に電流を遮断する場合にもコンデンサ38と放電抵
抗62の時定数効果でIGBT21のコレクタ電流は暫
時緩慢に減少するため点火コイルの二次側には高電圧が
誘起されることがない。これにより、エンジンコンディ
ションに応じて任意のタイミングで安全にIGBT21
のコレクタ電流を変化させることが可能となる。
いる。本実施の形態は、イグナイタ内に異常発熱あるい
は点火信号の異常等を検出する異常検出回路60を設
け、異常発生時にIGBT21のコレクタ電流制限値を
ゆっくり降下させて点火コイルの二次側には高電圧が誘
起されないようにコレクタ電流を0アンペアにする回路
を構成している。
スタ52のベースは基準電圧72でバイアスされ、その
エミッタを定電流源53によりベース−エミッタ間電圧
(VBE)分電位を上げて次段NPNトランジスタ54の
ベースに接続し、抵抗28、31、ダイオード29、3
0のエミッタフォロワで構成し、ダイオード29のアノ
ード部電位をダイオード32を介して制御用トランジス
タ33のベースに印加しているため、制御用トランジス
タ33のベースは抵抗31の電位差分を加えてバイアス
される構成となっている。
タ61がONし制御用トランジスタ33のベースに印加
しているバイアス電圧を降下させてIGBT21のコレ
クタ電流制限値を降下させる。これにより、制御用トラ
ンジスタ33のベースとGND間のコンデンサ38と放
電用の抵抗62の時定数効果でベース電位は緩慢に減少
し、これに対応してIGBT21のコレクタ電流も緩慢
に変化するため、点火コイルの二次側には高電圧が誘起
されることがなくなる。
したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるもので
はなく、設計において、特許請求の範囲に記載された本
発明の精神を逸脱することなしに種々の変更を行うこと
ができる。
明の内燃機関用点火装置は、制御回路のバイアス電源に
コンデンサを接続して制御応答性を緩やかにし、制御用
トランジスタを緩やかに動作させて電流制限を緩やかに
かけることにより、IGBTのコレクタ電圧の発振を抑
制するようにしたので、IGBTをスイッチングそしと
し、過電流保護としての電流制限機能を持たせた内燃機
関用点火装置において、電流制限のかかり始めに発生す
る一次電流及びコレクタ電圧の跳ね上がりや発振現象が
抑制でき、安全で信頼性の高い点火装置が得られる。
形態を示す回路図である。
…IGBT、22…電流検出用負荷(電流検出回路)、
23、24…抵抗(電流検出回路)、26、28、31
…抵抗(制御基準電圧回路)、27…ツェナーダイオー
ド(制御基準電圧回路)、29、30、32…ダイオー
ド(制御基準電圧回路)、33…制御用トランジスタ
(制御回路)、36…次段トランジスタ(制御回路)、
37…フィードバック抵抗、39…電流制限回路、38
…コンデンサ、41…1段目のトランジスタ、42…抵
抗、43…ツェナーダイオード、51…可変電圧源、6
0…異常検出回路、63…基準電圧、VB …バッテリ端
子
Claims (5)
- 【請求項1】 電子制御装置から出力される点火制御信
号に応じて点火コイルに流れる一次電流を通電、遮断制
御してその二次側に高電圧を発生させるスイッチング素
子をIGBTで構成し、該IGBTの過電流保護として
の電流制限回路を有する内燃機関用点火装置において、 前記電流制限回路は、前記IGBTの制御回路と、電流
制限値を設定する制御基準電圧回路とを備え、前記制御
回路の電源を前記電子制御装置からの点火制御信号から
取り、前記制御基準電圧回路に基準電圧を緩やかに変化
させるためのコンデンサを接続し、電流制限を緩やかに
かけることにより電流制限のかかり始めに発生する前記
IGBTのコレクタ電圧の跳ね上がりを抑制したことを
特徴とする内燃機関用点火装置。 - 【請求項2】 電子制御装置から出力される点火制御信
号に応じて点火コイルに流れる一次電流を通電、遮断制
御してその二次側に高電圧を発生させるスイッチング素
子をIGBTで構成し、該IGBTの過電流保護として
の電流制限回路を有する内燃機関用点火装置において、 前記電流制限回路は、前記IGBTの制御回路と、電流
制限値を設定する制御基準電圧回路とを備え、前記制御
回路の電源を前記点火コイルの主電源を抵抗およびツェ
ナーダイオードで分圧して取り、前記制御基準電圧回路
に基準電圧を緩やかに変化させるためのコンデンサを接
続し、電流制限を緩やかにかけることにより電流制限の
かかり始めに発生する前記IGBTのコレクタ電圧の跳
ね上がりを抑制したことを特徴とする内燃機関用点火装
置。 - 【請求項3】 前記制御基準電圧回路は、電流制限値の
設定を制御用トランジスタのベースバイアス回路で設定
し、該制御用トランジスタのエミッタを電流検出回路に
接続してエミッタフォロワとすることによりエミッタの
電圧上昇で次段トランジスタをオン/オフさせて電流制
限をかける構成とし、前記制御用トランジスタのバイア
ス電圧はダイオードを通しかつコンデンサでバイパスし
てベースに印加され、さらに前記次段トランジスタのベ
ース電圧から前記バイアス回路にフィードバックするこ
とで電流制限のかかり始めに発生する前記IGBTのコ
レクタ電圧の跳ね上がりを抑制したことを特徴とする請
求項1または2記載の内燃機関用点火装置。 - 【請求項4】 前記制御用トランジスタと1段目のトラ
ンジスタとをダーリントン構成とし、前記1段目のトラ
ンジスタのエミッタと前記制御用トランジスタのベース
間を前記コンデンサを介してGNDに落とした構成と
し、かつ前記次段トランジスタのベース電圧から基準電
圧設定用バイアス回路にフィードバックすることで電流
制限のかかり始めに発生する前記IGBTのコレクタ電
圧の跳ね上がりを抑制したことを特徴とする請求項1ま
たは2記載の内燃機関用点火装置。 - 【請求項5】 前記制御用トランジスタのベースに印加
するバイアス電圧を、前記電子制御装置の可変電圧源ま
たはイグナイタ内の異常検出回路からの信号で制御する
ように構成し、前記IGBTのコレクタ電流を任意のタ
イミングで0アンペア〜飽和電流制限間に可変し、かつ
前記コンデンサの充/放電時定数効果により前記点火コ
イルの二次側に高電圧を誘起させることのないように前
記IGBTのコレクタ電流制限を暫時緩慢に増減するよ
うにしたことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1
項記載の内燃機関用点火装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13490497A JP3530714B2 (ja) | 1997-05-26 | 1997-05-26 | 内燃機関用点火装置 |
| US09/083,139 US5967128A (en) | 1997-05-26 | 1998-05-22 | Ignition apparatus for an internal combustion engine |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13490497A JP3530714B2 (ja) | 1997-05-26 | 1997-05-26 | 内燃機関用点火装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10325384A true JPH10325384A (ja) | 1998-12-08 |
| JP3530714B2 JP3530714B2 (ja) | 2004-05-24 |
Family
ID=15139254
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13490497A Expired - Lifetime JP3530714B2 (ja) | 1997-05-26 | 1997-05-26 | 内燃機関用点火装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5967128A (ja) |
| JP (1) | JP3530714B2 (ja) |
| DE (1) | DE19823459C2 (ja) |
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