JP6565244B2 - イグナイタ用半導体装置、イグナイタシステム及び点火コイルユニット - Google Patents
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Description
本発明は、点火コイルの一次側に接続され、一次側に流れる電流をオン・オフできるイグナイタ用半導体装置、該イグナイタ用半導体装置を備えるイグナイタシステム及び該イグナイタ用半導体装置を備える点火コイルユニットに関する。
内燃機関の点火装置として、半導体装置によって点火コイルの一次側に流れる電流をオン・オフし、電磁誘導によって点火コイルの二次側に発生した高電圧により、点火プラグをスパークさせるイグナイタシステムが利用されている。イグナイタシステムには、電気制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）内に点火コイルとイグナイタ用半導体装置を配置し機械的な機構で各気筒の点火プラグに配電するディストリビュータ方式と、点火プラグごとに点火コイルとイグナイタ用半導体装置を配置し気筒ごとに点火時期を調整する個別点火方式がある。個別点火方式を採用すると、イグナイタ用半導体装置は、温度ストレス、電気的ストレス、振動による機械的ストレスなどの厳しい環境に晒されることから、耐熱性や信頼性の点でディストリビュータ方式よりも優れたものが求められている。
従来は、過熱や過電流、異常電流（サージ電流）から保護するために、スイッチング素子を搭載したチップと、保護回路を搭載したチップとを組み合わせた、ハイブリット型のイグナイタ用半導体装置が使用されていたが、最近では、スイッチング素子と保護回路とを同一のチップ上に配置し小型化したものが使用されている。
例えば、下記の特許文献１には、過熱保護回路と過電流保護回路を同一のチップ上に配置したイグナイタ用半導体装置（ワンチップイグナイタ）が開示されている。
以下、従来のワンチップイグナイタについて、図面を用いて説明する。
図７には、イグナイタ用半導体装置１０３の回路構成が示されている。イグナイタ用半導体装置１０３は、外部接続可能な、入力端子２、出力端子３、接地端子４を有し、ワンチップ上に搭載された、スイッチング素子５、過熱検出回路８、過電流検出回路９、プルダウン用ＮＭＯＳ１０、１１、センス抵抗１２、コレクタ−ゲート間ツェナーダイオード（ＣＧＺＤ）１３、サージ保護ツェナーダイオード１４、波形整形回路１５、保護ダイオードＤ１、プルダウン抵抗Ｒ１、を備える。ここでは、スイッチング素子５を、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）とする。
入力端子２は、スイッチング素子５のゲート電極に接続されている。出力端子３は、スイッチング素子５のコレクタ電極に接続されている。また、接地端子４は、スイッチング素子５のエミッタ電極に接続されている。入力端子２に入力される電圧がスイッチング素子５の閾値電圧よりも高い時はスイッチング素子５がターンオンして出力端子３と接地端子４との間に電流が流れ、閾値電圧よりも低い時はスイッチング素子５がターンオフして出力端子３と接地端子４との間に電流が流れない。
入力端子２とスイッチング素子５のゲート電極を繋ぐ信号線には過熱検出回路８及び過電流検出回路９が接続されており、オン信号は、スイッチング素子５をオンするための信号であると同時に、過熱検出回路８と過電流検出回路９に電源供給する電源にもなっている。
図８には、イグナイタ用半導体装置１０３を用いたイグナイタシステム１００３の回路構成が示されている。イグナイタシステムは、電気制御ユニット２０３と、点火コイルユニット３０３と、点火プラグ４０とから構成されている。
電気制御ユニット２０３は、安定化電源回路５０と信号制御回路２０とを備えている。安定化電源回路５０は、バッテリー６０のバッテリー電圧ＶＢＡＴから制御回路用の電源電圧ＶＣＣを作り、信号制御回路２０に電源供給することができる。信号制御回路２０は、ＰＭＯＳ２１とＮＭＯＳ２２とシリーズ抵抗２３とによって構成されるインバータ回路を有し、電源電圧ＶＣＣを電源として、配線Ｌ２を介して接続されているイグナイタ用半導体装置１０３を制御することができる。
点火コイルユニット３０３は、イグナイタ用半導体装置１０３と、点火コイル３１と、ダイオード３２とを備える。点火コイル３１の一次側の正極端子は、バッテリー６０に接続されている。点火コイル３１の一次側の負極端子は、配線Ｌ３を介してイグナイタ用半導体装置１０３の出力端子３に接続されている。点火コイル３１の二次側の正極端子は、バッテリー６０に接続されている。点火コイル３１の二次側の負極端子はダイオード３２を介して点火プラグ４０に接続されている。
オン信号が信号制御回路２０から配線Ｌ２を介して入力端子２へ送られると、イグナイタ用半導体装置１０３がオンし、点火コイル３１の一次側に電流が流れる。次いで信号制御回路２０から配線Ｌ２を介して入力端子２へオフ信号が送られると、イグナイタ用半導体装置１０３がオフし、点火コイル３１の一次側の電流が遮断され、点火コイル３１の二次側に電磁誘導によって高電圧が発生し、ダイオード３２が降伏して点火プラグ４０に高電圧が印加され、点火プラグ４０がスパークする。
図７に示すように、従来のイグナイタ用半導体装置１０３では、入力端子２とスイッチング素子５のゲート電極との間にドライブ回路は設けられていない。一方、入力端子２にはプルダウン抵抗Ｒ１、過熱検出回路８、過電流検出回路９が接続されており、スイッチング素子５がオンしている間はオン信号電流が流れ続ける。オン信号電流が流れ続けることによって、オン信号電流の経路に配置されたＰＭＯＳ２１、シリーズ抵抗２３、配線Ｌ２で電圧降下し、スイッチング素子５のゲート電圧が電源電圧ＶＣＣよりも低下してしまう。電源電圧ＶＣＣが外部の環境に影響されて大きく低下してしまった場合は、ゲート電圧が閾値電圧を下回ることになり、イグナイタ用半導体装置１０３がターンオンせずに点火不良となる可能性がある。
よって、本発明の目的は、イグナイタ用半導体装置外部の安定化電源から電源供給し、スッチング素子が安定動作して確実に点火させる、イグナイタ用半導体装置、該イグナイタ用半導体装置を備えるイグナイタシステム、及び該イグナイタ用半導体装置を備える点火コイルユニットを提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の点火コイルユニットは、点火コイルと、回路基板と、入力側が前記点火コイルユニット外部の電源配線に導電接続され、出力側が安定化電源供給配線に導電接続され、かつ、前記回路基板に配置された安定化電源回路と、 前記安定化電源供給配線に導電接続されたイグナイタ用半導体装置と、 前記回路基板、前記安定化電源回路、及び前記イグナイタ用半導体装置を封止する樹脂部材と、を内蔵し、前記イグナイタ用半導体装置は、外部端子として、少なくとも、入力端子と、前記点火コイルに導電接続される出力端子と、接地端子と、前記安定化電源供給配線と導電接続される電源端子とを有し、前記点火コイルに流れる電流を制御するためのスイッチング素子と、前記電源端子を経由して電源供給され、前記入力端子から入力される信号に基づき、前記スイッチング素子を駆動するドライブ回路と、前記電源端子を経由して電源供給され、過熱状態又は前記スイッチング素子に流れる過電流を検出して前記スイッチング素子をターンオフすることにより、前記スイッチング素子又は前記点火コイルを保護する保護回路と、を備えることを特徴とする。
本発明のイグナイタ用半導体装置は、イグナイタ用半導体装置外部の安定化電源供給配線と導電接続される電源端子を有しているため、入力信号の電圧を電源電圧とする従来方式よりも動作範囲が広く、その優れた安定性によって、確実に点火することができる。
本発明のイグナイタ用半導体装置において、前記スイッチング素子と、前記ドライブ回路とが同一のチップ上に配置されていることが好ましい。
上記構成によれば、イグナイタ用半導体装置を小型化できる。
本発明のイグナイタ用半導体装置において、前記安定化電源供給配線は、電気制御ユニットの安定化電源供給配線であることが好ましい。
上記構成によれば、安定化電源供給を容易に確保することができる。
本発明のイグナイタ用半導体装置において、入力側が前記電源端子に接続され、出力側が前記ドライブ回路に接続された電源回路が、前記チップ上に配置されていることが好ましい。
上記構成によれば、イグナイタシステムを小型化し、電源電圧をより安定化することができる。
本発明のイグナイタ用半導体装置において、前記電源回路から電源供給されて動作し、前記スイッチング素子又は前記点火コイルを保護するための保護回路が、前記チップ上に配置されていてもよい。
上記構成によれば、イグナイタ用半導体装置の電源回路から保護回路に電源供給されるので、入力信号の電圧降下を防止することができる。また、入力信号オフ時でも保護回路を動作させることができる。
本発明のイグナイタ用半導体装置において、前記ドライブ回路から電源供給されて動作し、前記スイッチング素子または前記点火コイルを保護するための保護回路が、前記チップ上に配置されていてもよい。
上記構成によれば、イグナイタ用半導体装置のドライブ回路から保護回路に電源供給されるので、入力信号の電圧降下を防止することができる。また、保護回路が、ドライブ回路の出力を受ける時のみ動作するので、保護回路が誤動作する確率を低減できる。
本発明のイグナイタシステムは、上記イグナイタ用半導体装置を電気制御ユニットに内蔵することが好ましい。
上記構成によれば、イグナイタ用半導体装置が点火コイルから離れた場所に設置されているので、サージの影響を受けにくくなり、サージ対策に要する保護回路を小さくすることができる。
本発明のイグナイタシステムは、上記イグナイタ用半導体装置を点火コイルユニットに内蔵することにしてもよい。
上記構成によれば、従来のイグナイタ用半導体装置を点火コイルに内蔵する点火コイルユニットの設計資産をそのまま利用することができる。
本発明の点火コイルユニットは、上記イグナイタ用半導体装置を内蔵する点火コイルユニットであって、回路基板と、入力側が前記点火コイルユニット外部の電源配線に導電接続され、出力側が安定化電源供給配線に導電接続され、かつ、前記回路基板に配置された安定化電源回路と、前記安定化電源供給配線に導電接続された前記イグナイタ用半導体装置と、前記回路基板、前記安定化電源回路、及び前記イグナイタ用半導体装置を封止する樹脂部材と、を備えることを特徴とする。
上記構成によれば、電気制御ユニットの電源ラインから独立させることができるので、電気制御ユニットにノイズが回り込みにくくなる。また、回路基板、安定化電源回路、イグナイタ用半導体装置を一つに纏めて樹脂封止したことにより、エンジンルーム内への実装が容易になり、省スペース化がはかれる。
本発明のイグナイタ用半導体装置は、イグナイタ用半導体装置外部の安定化電源供給配線と導電接続される電源端子を有しているため、入力信号の電圧を電源電圧とする従来方式よりも動作範囲が広く、その優れた安定性によって、確実に点火することができる。
本発明のイグナイタ用半導体装置の構成について図面を用いて説明する。なお、従来構造と同一の部位には同一の符号を付した。
［第１の実施形態］
図１には、一例として、本発明のイグナイタ用半導体装置１００の回路図が示されている。イグナイタ用半導体装置１００は、少なくとも外部接続可能な、電源端子１、入力端子２、出力端子３、接地端子４と、ワンチップ上に搭載された、スイッチング素子５、電源回路６、ドライブ回路７、過熱検出回路８、過電流検出回路９、プルダウン用ＮＭＯＳ１０、１１、センス抵抗１２、コレクタ−ゲート間ツェナーダイオード（ＣＧＺＤ）１３、サージ保護ツェナーダイオード１４、保護ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、プルダウン抵抗Ｒ１、Ｒ２を備える。
図１には、一例として、本発明のイグナイタ用半導体装置１００の回路図が示されている。イグナイタ用半導体装置１００は、少なくとも外部接続可能な、電源端子１、入力端子２、出力端子３、接地端子４と、ワンチップ上に搭載された、スイッチング素子５、電源回路６、ドライブ回路７、過熱検出回路８、過電流検出回路９、プルダウン用ＮＭＯＳ１０、１１、センス抵抗１２、コレクタ−ゲート間ツェナーダイオード（ＣＧＺＤ）１３、サージ保護ツェナーダイオード１４、保護ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、プルダウン抵抗Ｒ１、Ｒ２を備える。
上記において、イグナイタ用半導体装置外部の安定化電源に接続される電源端子１は、電源回路６の入力端子に接続されている。電源回路６の出力端子は、ドライブ回路７、過熱検出回路８及び過電流検出回路９の電源端子に接続されている。イグナイタ用半導体装置外部の信号制御回路に接続される入力端子２は、ドライブ回路７の入力端子に接続されている。ドライブ回路７の出力端子は、スイッチング素子５のゲート電極に接続されている。出力端子３は、スイッチング素子５のコレクタ電極に接続されている。出力端子４は、スイッチング素子５のエミッタ電極に接続されている。また、ドライブ回路７とスイッチング素子５のゲート電極を接続する配線には、過熱検出回路８が過熱を検出した時にオンするプルダウン用ＮＭＯＳ１０と、過電流検出回路９が過電流を検出した時にオンするプルダウン用ＮＭＯＳ１１が接続されている。
本発明のイグナイタ用半導体装置１００に用いられるスイッチング素子５は、特に限定されず、高耐圧かつ大電流を通電できる半導体素子、具体的にはＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、パワーＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等を使用することができる。ただし、以下では、スイッチング素子５はＩＧＢＴであるとして説明する。
本発明のイグナイタ用半導体装置１００に用いられる電源回路６は、特に限定されず、例えば一般的なシリーズレギュレータや、シャントレギュレータを用いることができる。シリーズレギュレータは、例えば、負荷に対して直列に配置された電圧制御用ＭＯＳトランジスタ（電圧制御用バイポーラトランジスタであってもよい）、演算増幅回路、基準電圧回路及び抵抗分圧器によって構成することができる。シリーズレギュレータの演算増幅回路は、前記電圧制御用ＭＯＳトランジスタのドレイン電圧から負帰還された電圧と、基準電圧回路で発生させた基準電圧とを比較して、前記電圧制御用ＭＯＳトランジスタのゲート電圧を制御することができる。基準電圧は、電源回路６に内蔵される基準電圧回路、例えばバンドギャップ・リファレンス回路、ＥＤ型基準電圧回路、ツェナーダイオードの降伏電圧を利用する基準電圧回路等から供給してもよいが、イグナイタ用半導体装置１００に基準電圧専用の外部端子（図示しない）から入力する方法であってもよい。一方、シャントレギュレータは、例えば、電源供給線に対して直列に配置された抵抗と、負荷に対して並列に配置されたツェナーダイオードとによって構成することができる。シャントレギュレータの出力電圧は、前記ツェナーダイオードによって降伏電圧を越えないように制御することができる。なお、電源回路６は、上記レギュレータ以外にも、電源ノイズ除去のために、ローパスフィルタ、例えばＲＣ回路、ＬＣ回路等を備えることができる。
本発明のイグナイタ用半導体装置１００に用いられるドライブ回路７は、電源回路６から電源供給され、入力端子２から送られてきた入力信号の電圧レベルを回復し、駆動電流を増やして、スイッチング素子５をオン・オフすることができる。ドライブ回路７は、特に限定されず、例えばＣＭＯＳインバータ回路や、ＴＴＬインバータ回路で構成することができる。このように構成すると、電源端子１に供給される電圧が変動しても、電源回路６からドライブ回路７へ供給される電圧は安定しているため、ドライブ回路７の出力電圧が安定し、スイッチング素子５を確実にオン・オフすることができる。また、ドライブ回路７は、スイッチング素子５をオン・オフさせる駆動電流量を制御することができ、従来は必要とされた波形整形回路１５をなくして、その分の面積を削減することができる。
本発明のイグナイタ用半導体装置１００に用いられる過熱検出回路８は、スイッチング素子５に過剰な負荷電流が流れた時や、イグナイタ用半導体装置１００が周辺機器によって過熱された時に、過熱検出回路８のセンサー部が過熱を検知し、ＮＭＯＳ１０をターンオンさせてゲート電圧をプルダウンし、スイッチング素子５をターンオフすることができる。過熱検出回路８のセンサー部は、特に限定されず、例えばバイポーラトランジスタのゲート−エミッタ間電圧の温度依存性を利用する温度センサーを用いることができる。
本発明のイグナイタ用半導体装置１００に用いられる過電流検出回路９は、スイッチング素子５に過剰な負荷電流が流れた時に、スイッチング素子５のメインのＩＧＢＴに対してカレントミラー接続されている小規模のＩＧＢＴに流れる過電流をセンス抵抗１２によって過電圧として検出し、ＮＭＯＳ１１をターンオンしてゲート電圧をプルダウンし、スイッチング素子５をターンオフすることができる。
従来はスイッチング素子５に供給されるオン信号電流が、過熱検出回路８や過電流検出回路９へ分流して失われることが問題になっていたところ、上記構成によれば、過熱検出回路８や過電流検出回路９へは電源回路６から電源供給されるので、オン信号電流の損失を低減し、オン信号の電圧降下を抑制することができる。
また、回路保護のため、電源端子１に保護ダイオードＤ１、入力端子２に保護ダイオードＤ２、Ｄ３、スイッチング素子５にコレクタ−ゲート間ツェナーダイオード１３とサージ保護ツェナーダイオード１４が、接続されている。また、電位不定を防止するために、信号線にはプルダウン抵抗Ｒ１、Ｒ２を配置している。ここに図示した保護ダイオードやプルダウン抵抗は、一例であり、その配置場所や配置個数は、必要に応じて適宜変更することができる。
［第２の実施形態］
図２には、本発明に係るイグナイタ用半導体装置の他の態様が示されている。図２のイグナイタ用半導体装置１０１は、ドライブ回路７の出力端子に過熱検出回路８及び過電流検出回路９の電源端子が接続されている点で図１のイグナイタ用半導体装置１００と相違する。ドライブ回路７で駆動電流を増やすことができるので、電流が過熱検出回路８及び過電流検出回路９へ分流しても電圧降下などの問題は生じない。また、過熱検出回路８及び過電流検出回路９が、常時電源を供給されていないため、誤動作防止にも繋がる。
図２には、本発明に係るイグナイタ用半導体装置の他の態様が示されている。図２のイグナイタ用半導体装置１０１は、ドライブ回路７の出力端子に過熱検出回路８及び過電流検出回路９の電源端子が接続されている点で図１のイグナイタ用半導体装置１００と相違する。ドライブ回路７で駆動電流を増やすことができるので、電流が過熱検出回路８及び過電流検出回路９へ分流しても電圧降下などの問題は生じない。また、過熱検出回路８及び過電流検出回路９が、常時電源を供給されていないため、誤動作防止にも繋がる。
［第３の実施形態］
図３には、本発明に係るイグナイタ用半導体装置のさらに他の態様が示されている。図３のイグナイタ用半導体装置１０２は、イグナイタ用半導体装置１０１からイグナイタ用半導体装置１０２への変更点に加えて、ダイオードＤ３を削り、電源端子１と接地端子４との間を接続する抵抗Ｒ３を加えた点で図２のイグナイタ用半導体装置１０１と相違する。
図３には、本発明に係るイグナイタ用半導体装置のさらに他の態様が示されている。図３のイグナイタ用半導体装置１０２は、イグナイタ用半導体装置１０１からイグナイタ用半導体装置１０２への変更点に加えて、ダイオードＤ３を削り、電源端子１と接地端子４との間を接続する抵抗Ｒ３を加えた点で図２のイグナイタ用半導体装置１０１と相違する。
［第４の実施形態］
次に、本発明に係るイグナイタシステムの回路構成について、図４にしたがって説明する。イグナイタシステム１０００は、電気制御ユニット２００と、点火コイルユニット３００と、点火プラグ４０とを備えている。
次に、本発明に係るイグナイタシステムの回路構成について、図４にしたがって説明する。イグナイタシステム１０００は、電気制御ユニット２００と、点火コイルユニット３００と、点火プラグ４０とを備えている。
電気制御ユニット２００は、安定化電源回路５０と、イグナイタ用半導体装置１００と、信号制御回路２０と、を備えている。安定化電源回路５０は、バッテリー６０のバッテリー電圧ＶＢＡＴから制御回路用の電源電圧ＶＣＣを作り、信号制御回路２０、及び安定化電源供給配線Ｌ１を介してイグナイタ用半導体装置１００に電源供給することができる。信号制御回路２０は、ＰＭＯＳ２１とＮＭＯＳ２２とシリーズ抵抗２３とによって構成されるインバータ回路を有し、電源電圧ＶＣＣを電源として、配線Ｌ２を介して接続されているイグナイタ用半導体装置１００を制御することができる。
点火コイルユニット３００は、点火コイル３１と、ダイオード３２とを備える。点火コイル３１の一次側の正極端子は、バッテリー６０に接続されている。点火コイル３１の一次側の負極端子は、配線Ｌ３を介してイグナイタ用半導体装置１００の出力端子３に接続されている。点火コイル３１の二次側の正極端子は、バッテリー６０に接続されている。火コイル３１の一次側の負極端子はダイオード３２を介して点火プラグ４０に接続されている。
信号制御回路２０から入力端子２へオン信号が送られると、イグナイタ用半導体装置１００がオンし、点火コイル３１の一次側に電流が流れる。次いでインバータ２０から入力端子２へオフ信号が送られると、イグナイタ用半導体装置１００がオフし、点火コイル３１の一次側の電流が遮断され、点火コイル３１の二次側に電磁誘導によって高電圧が発生し、ダイオード３２が降伏して点火プラグ４０に高電圧が印加され、点火プラグ４０がスパークする。
イグナイタ用半導体装置１００は、電気制御ユニット２００に内蔵され、点火コイル３１から隔離されているので、入力信号を伝える配線Ｌ２等はサージ電圧の影響を受け難くなっており、イグナイタ用半導体装置１００の誤動作を避けることができる。そして、サージ電圧の影響を受け難くなったことにより、コレクタ−ゲート間ツェナーダイオード１３とサージ保護ツェナーダイオード１４に加わる負担を小さく見積もることができ、それらの面積を縮小しても、耐量を確保することができる。
また、イグナイタ用半導体装置１００を電気制御ユニット２００に内蔵させることにより、イグナイタ用半導体装置１００が必要とする電源を、電源電圧ＶＣＣから配線Ｌ１を介して電源端子１へ、容易に供給することができる。
また、イグナイタ用半導体装置１００の接地端子に接続される配線Ｌ４は、太くして電気抵抗を十分低くするとよい。スイッチング素子５がターンオンして大電流が流れた時のエミッタ電極の電圧が持ち上がりを防止することができる。
上記イグナイタ用半導体装置１００の代わりにイグナイタ用半導体装置１０１または１０２を用いてもよい。
上記イグナイタ用半導体装置１００の代わりにイグナイタ用半導体装置１０１または１０２を用いてもよい。
［第５の実施形態］
本発明に係るイグナイタシステムの他の実施形態を、図５にしたがって説明する。イグナイタシステム１００１は、電気制御ユニット２０１と、点火コイルユニット３０１と、点火プラグ４０とを備えている。
本発明に係るイグナイタシステムの他の実施形態を、図５にしたがって説明する。イグナイタシステム１００１は、電気制御ユニット２０１と、点火コイルユニット３０１と、点火プラグ４０とを備えている。
電気制御ユニット２０１は、安定化電源回路５０と、信号制御回路２０とを備えている。安定化電源回路５０は、バッテリー電圧ＶＢＡＴから電源電圧ＶＣＣを作り、信号制御回路２０に電源供給することができる。信号制御回路２０は、ＰＭＯＳ２１とＮＭＯＳ２２とシリーズ抵抗２３とによって構成されるインバータ回路を有し、ＶＣＣを電源電圧として、配線Ｌ２を介して接続されているイグナイタ用半導体装置１００を制御することができる。
点火コイルユニット３０１は、イグナイタ用半導体装置１００と、点火コイル３１と、ダイオード３２と、を備える。本実施形態においては、電気制御ユニット２０１の安定化電源回路５０から、安定化電源供給配線Ｌ５を介して電源電圧ＶＣＣを電源供給している。このように構成すれば、イグナイタ用半導体装置１００が、点火コイルユニット３０１に内蔵されていても、安定した電圧を受けることができる。
上記イグナイタ用半導体装置１００の代わりにイグナイタ用半導体装置１０１または１０２を用いてもよい。
上記イグナイタ用半導体装置１００の代わりにイグナイタ用半導体装置１０１または１０２を用いてもよい。
［第６の実施形態］
本発明に係るイグナイタシステムの他の実施形態および点火コイルユニットの一例を、図６にしたがって説明する。イグナイタシステム１００２は、電気制御ユニット２０２と、点火コイルユニット３０２と、点火プラグ４０とを備えている。
本発明に係るイグナイタシステムの他の実施形態および点火コイルユニットの一例を、図６にしたがって説明する。イグナイタシステム１００２は、電気制御ユニット２０２と、点火コイルユニット３０２と、点火プラグ４０とを備えている。
電気制御ユニット２０２の回路は、電気制御ユニット２０１と同じように構成されているが、イグナイタ用半導体装置１００には電源供給していない。
点火コイルユニット３０２は、安定化電源５１と、イグナイタ用半導体装置１００と、安定化電源５１及びイグナイタ用半導体装置１００を配置した回路基板７０と、点火コイル３１と、ダイオード３２と、を備える。本実施形態において、安定化電源回路５１は、バッテリー電圧ＶＢＡＴから電源電圧ＶＣＣを作り、安定化電源供給配線Ｌ６を介して接続されたイグナイタ用半導体装置１００に電源供給することができる。イグナイタ用半導体装置１００の入力端子２は、電気制御ユニット２０２の信号制御回路２０に接続されている。イグナイタ用半導体装置１００の接地端子４は、配線Ｌ４で接地されている。点火コイル３１の１次コイルはバッテリー６０に接続されており、イグナイタ用半導体装置１００が、１次コイルに流れる電流を制御する。１次コイルに流れる電流を制御することで、点火コイル３１の２次コイルに流れる電流を制御する。
そして、安定化電源回路５１と、イグナイタ用半導体装置１００と、回路基板７０とは、点火コイルユニット３０２内において樹脂封止されていることが好ましい。このように構成すれば、電気制御ユニットの電源ラインから独立させることができるので、電気制御ユニットにノイズが回り込みにくくなる。また、回路基板、安定化電源回路、イグナイタ用半導体装置を一つに纏めて樹脂封止したことにより、点火コイルユニット３０２内への実装が容易になり、省スペース化がはかれる。また、イグナイタ用半導体装置とコイルとの距離が近い事から、配線の抵抗やＬ成分が少なくなり、オン又はオフ信号に対し遅延時間が減少し、高精度の制御が可能となる。
上記イグナイタ用半導体装置１００の代わりにイグナイタ用半導体装置１０１または１０２を用いてもよい。点火コイル３１は、１次コイルと、２次コイルと、各コイル内を貫通して磁束の閉回路を形成する金属部材とを備える。１次コイルの一方の配線と２次コイルの一方の配線は共に、バッテリーに接続されており、1次コイルの他方の配線は、イグナイタ用半導体装置１００の出力端子３に接続されている。２次コイルの他方の配線は、ダイオード３２を介して点火プラグ４０の一方の端子に接続されている。点火プラグ４０の他方の端子は、接地されている。
点火コイルユニット３０２内のイグナイタ用半導体装置１００と接続する配線が点火コイル３１の端子に半田などの溶接で電気的に接続され、更に樹脂で覆われる事により、点火コイル３１との耐圧を確保でき、外部からの影響も低減できる。
１ 電源端子
２ 入力端子
３ 出力端子
４ 接地端子
５ スイッチング素子
６ 電源回路
７ ドライブ回路
８ 過熱検出回路
９ 過電流検出回路
１０，１１ プルダウン用ＮＭＯＳ
１２ センス抵抗
１３ コレクタ−ゲート間ツェナーダイオード（ＣＧＺＤ）
１４ サージ保護ツェナーダイオード
１５ 波形整形回路
２０ 信号制御回路
２１ ＰＭＯＳ
２２ ＮＭＯＳ
２３ シリーズ抵抗
２４ 封止樹脂
３１ 点火コイル
３２ ダイオード
４０ 点火プラグ
５０，５１ 安定化電源回路
６０ バッテリー
７０ 回路基板
１００，１０１，１０２，１０３イグナイタ用半導体装置
２００，２０１，２０２，２０３ 電気制御ユニット
３００，３０１，３０２，３０３ 点火コイルユニット
１０００，１００１，１００２，１００３イグナイタシステム
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３ 保護ダイオード
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ プルダウン抵抗
Ｌ１，Ｌ５，Ｌ６ 安定化電源供給配線
Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４ 配線
ＶＢＡＴ バッテリー電圧
ＶＣＣ 制御回路用の電源電圧
２ 入力端子
３ 出力端子
４ 接地端子
５ スイッチング素子
６ 電源回路
７ ドライブ回路
８ 過熱検出回路
９ 過電流検出回路
１０，１１ プルダウン用ＮＭＯＳ
１２ センス抵抗
１３ コレクタ−ゲート間ツェナーダイオード（ＣＧＺＤ）
１４ サージ保護ツェナーダイオード
１５ 波形整形回路
２０ 信号制御回路
２１ ＰＭＯＳ
２２ ＮＭＯＳ
２３ シリーズ抵抗
２４ 封止樹脂
３１ 点火コイル
３２ ダイオード
４０ 点火プラグ
５０，５１ 安定化電源回路
６０ バッテリー
７０ 回路基板
１００，１０１，１０２，１０３イグナイタ用半導体装置
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３００，３０１，３０２，３０３ 点火コイルユニット
１０００，１００１，１００２，１００３イグナイタシステム
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３ 保護ダイオード
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ プルダウン抵抗
Ｌ１，Ｌ５，Ｌ６ 安定化電源供給配線
Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４ 配線
ＶＢＡＴ バッテリー電圧
ＶＣＣ 制御回路用の電源電圧
Claims (6)
- 点火コイルと、
回路基板と、
入力側が前記点火コイルユニット外部の電源配線に導電接続され、出力側が安定化電源供給配線に導電接続され、かつ、前記回路基板に配置された安定化電源回路と、
前記安定化電源供給配線に導電接続されたイグナイタ用半導体装置と、
前記回路基板、前記安定化電源回路、及び前記イグナイタ用半導体装置を封止する樹脂部材と、
を備え、
前記イグナイタ用半導体装置は、
外部端子として、少なくとも、入力端子と、前記点火コイルに導電接続される出力端子と、接地端子と、前記安定化電源供給配線と導電接続される電源端子とを有し、
前記点火コイルに流れる電流を制御するためのスイッチング素子と、
前記電源端子を経由して電源供給され、前記入力端子から入力される信号に基づき、前記スイッチング素子を駆動するドライブ回路と、
前記電源端子を経由して電源供給され、過熱状態又は前記スイッチング素子に流れる過電流を検出して前記スイッチング素子をターンオフすることにより、前記スイッチング素子又は前記点火コイルを保護する保護回路と、
を備えることを特徴とする点火コイルユニット。 - 前記イグナイタ用半導体装置の前記スイッチング素子と、前記ドライブ回路とが同一のチップ上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の点火コイルユニット。
- 前記安定化電源供給配線は、電気制御ユニットの安定化電源供給配線であることを特徴とする請求項１又は２に記載の点火コイルユニット。
- 前記イグナイタ用半導体装置は、前記チップ上に配置され、入力側が前記電源端子に接続され、出力側が前記ドライブ回路に接続された電源回路を備えていることを特徴とする請求項２に記載の点火コイルユニット。
- 前記イグナイタ用半導体装置の前記保護回路は、前記チップ上に配置され、前記電源回路の出力部に接続されていることを特徴とする請求項４に記載の点火コイルユニット。
- 前記イグナイタ用半導体装置の前記保護回路は、前記ドライブ回路から電源供給されて動作し、前記チップ上に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の点火コイルユニット。
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