中心議題：

• 引擎控製模塊的信號接口
• IGBT在汽車點火係統中的應用

解決方案：

• 大電流下的飽和壓降低
• 易於構建出能處理高壓線圈(400~600V)的電路
  
  ；
• 簡化的MOS驅動能力
• 在線圈異常工作時能承受高能耗

要產生火花，你所需的器件包括電源
、電池

、變壓器(即點火線圈)，以及用於控製變壓器初級電流的開關。電子學教科書告訴我們V=Ldi/dt。因此


，如果線圈初級繞組中的電流發生瞬間變化(即di/dt值很大)，初級繞組上將產生高壓。如果該點火線圈的匝比為N，就能按該繞線匝數比放大原邊電壓。結果是次級上將產生10kV到20kVdedianya
，hengkuahuohuasaijianxi。yidangaidianyachaoguojianxizhouweikongqidejiedianchangshu，jiangjichuanjianxierxingchenghuohua。gaihuohuahuidianranranyouyukongqidehunhewu，congerchanshengyinqinggongzuosuoxudenengliang(圖1)。


除柴油機外

，所有的內燃機中都有一個基本電路(汽車點火係統)。用於點火線圈充電的開關元件已經曆了很大演變：從單個機械開關、分(fen)電(dian)器(qi)中(zhong)的(de)多(duo)個(ge)斷(duan)電(dian)器(qi)觸(chu)點(dian)，到(dao)安(an)裝(zhuang)在(zai)分(fen)電(dian)器(qi)中(zhong)或(huo)單(dan)獨(du)電(dian)子(zi)控(kong)製(zhi)模(mo)塊(kuai)中(zhong)的(de)高(gao)壓(ya)達(da)林(lin)頓(dun)雙(shuang)極(ji)晶(jing)體(ti)管(guan)，再(zai)到(dao)直(zhi)接(jie)安(an)裝(zhuang)在(zai)火(huo)花(hua)塞(sai)上(shang)點(dian)火(huo)線(xian)圈(quan)中(zhong)的(de)絕(jue)緣(yuan)柵(zha)雙(shuang)極(ji)性(xing)晶(jing)體(ti)管(guan)(IGBT)，最後是直接安裝在火花塞上點火線圈中的智能IGBT。
　　
很多年前
，IGBT就已成為點火應用中的開關。圖2所示為IGBT的剖麵圖。較之於其它技術
，IGBT有如下一些重要優點：
　　1.大電流下的飽和壓降低；
　　2.易於構建出能處理高壓線圈(400~600V)的電路；
　　3.簡化的MOS驅動能力；
　　4.在線圈異常工作時能承受高能耗(SCIS額定範圍內)。
　　
圖2所示的點火IGBT示意圖包括了幾個額外的重要元素。集電極到柵極的雪崩二極管堆建立起“導通”電壓，當集電極被來自線圈的反激或尖峰脈衝強迫提升到該電壓時

，IGBT將導通，此時IGBT會消耗其處於活動區時在線圈中積蓄的剩餘能量(而不是將其用於產生火花)。采用這種雪崩“箝位”電路後，IGBT可限製箝位電壓，使其遠遠低於N型外延摻雜/P形基(Nepi/Pbase)半導體的擊穿電壓，以確保其安全運行。這樣就能顯著提高點火IGBT對自箝位電感開關(SCIS)能量的承受能力。而這承受能力是一個額定指標
，即點火線圈中的能量每次被釋放為火花時IGBT所吸收的能量。通過限製初級線圈上的電壓，點火線圈本身也得到過壓保護。
　　
最新一代點火IGBT已能大大減小IGBT中的裸片麵積
，且仍保持出色的SCIS能力。這一進步正在催生多裸片智能IGBT產品。這類智能產品將高性能BCDIC技術與高性能功率分立元件IGBT相結合。智能IGBT線圈驅動電路的需求動因在於：功(gong)率(lv)開(kai)關(guan)的(de)發(fa)展(zhan)方(fang)向(xiang)由(you)外(wai)置(zhi)的(de)引(yin)擎(qing)控(kong)製(zhi)模(mo)塊(kuai)變(bian)為(wei)直(zhi)接(jie)位(wei)於(yu)引(yin)擎(qing)中(zhong)火(huo)花(hua)塞(sai)上(shang)的(de)點(dian)火(huo)線(xian)圈(quan)內(nei)的(de)構(gou)件(jian)。當(dang)點(dian)火(huo)線(xian)圈(quan)位(wei)於(yu)火(huo)花(hua)塞(sai)上(shang)，這(zhe)種(zhong)結(jie)構(gou)稱(cheng)為(wei)“火花塞上線圈(coilonplug)”；當線圈驅動電路包括在線圈中，這種結構則稱為“線圈上開關(switchoncoil)”。
　　
“線圈上開關”的結構在係統性能、可靠性和成本方麵具有顯著的優勢。其部分優點如下：
　　1.無需高壓火花塞線；
　　2.引擎控製模塊中不會產生熱；
　　3.節省引擎控製模塊中的空間
；
　　4.可監視實際的火花產生情況
，從而改善引擎控製。
　　
最後一項性能優勢激發了對智能IGBT的需求。因此
，汽車點火開關功能正在演化為智能器件，能夠監視火花情況
、采取限流措施保護線圈，還能向引擎控製係統傳遞引擎的點火狀態。


圖2：IGBT剖麵圖
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“線圈上開關”應用中的理想智能IGBT功能
　　
1.引擎控製模塊的信號接口
　　
由引擎控製模塊驅動“線圈上開關”智能IGBT存(cun)在(zai)許(xu)多(duo)問(wen)題(ti)。引(yin)擎(qing)蓋(gai)下(xia)的(de)電(dian)氣(qi)環(huan)境(jing)噪(zao)聲(sheng)幹(gan)擾(rao)很(hen)大(da)。引(yin)擎(qing)控(kong)製(zhi)模(mo)塊(kuai)的(de)信(xin)號(hao)接(jie)口(kou)不(bu)但(dan)需(xu)要(yao)應(ying)對(dui)這(zhe)些(xie)噪(zao)聲(sheng)
，而(er)且(qie)還(hai)得(de)解(jie)決(jue)引(yin)擎(qing)控(kong)製(zhi)模(mo)塊(kuai)和(he)線(xian)圈(quan)位(wei)置(zhi)間(jian)數(shu)米(mi)長(chang)的(de)連(lian)線(xian)的(de)潛(qian)在(zai)問(wen)題(ti)。電(dian)氣(qi)噪(zao)聲(sheng)可(ke)能(neng)來(lai)自(zi)EMI輻射信號噪聲
，也可能是鄰近線路中大電流所導致的磁感應噪聲。
　　
除chu上shang述shu噪zao聲sheng問wen題ti外wai
，引yin擎qing控kong製zhi模mo塊kuai的de實shi際ji接jie地di參can考kao點dian與yu線xian圈quan或huo引yin擎qing所suo處chu的de接jie地di點dian存cun在zai數shu伏fu的de壓ya差cha。因yin此ci

，引yin擎qing控kong製zhi模mo塊kuai和he智zhi能neng點dian火huo線xian圈quan驅qu動dong電dian路lu間jian的de定ding義yi接jie口kou必bi須xu能neng夠gou應ying對dui這zhe些xie問wen題ti。
　　
2.保護點火線圈
　　
圖3中的輸入信號命令IGBT開始向點火線圈充電。在正常情況下，線圈在停止充電並釋放火花時，電流將達到7~10A。然而在引擎處於低轉速，尤其是急減速或引擎控製時間內發生錯誤時
，如果輸入未切斷，IGBT便會使線圈充電電流超過額定值，從而可能造成線圈繞組損壞。


圖3：典型的點火波形
　　
智能IGBT已采用好幾種電路設計，以防止點火線圈在這種情況下損壞。
　　
第一種是限流電路
，即用檢測電阻直接測量IGBT集電極電流，或用電流傳感IGBT來測量。圖4給出了這兩種電路。





圖4：限流電路