(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関用の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，遮断する駆動回路を有し、この駆動回路は、一次電流を通電，遮断するためのパワースイッチング素子として絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（以下、「ＩＧＢＴ」と称する）を有する内燃機関用点火装置において、
前記駆動回路の入力段に流れる電流を意図的に前記ＩＧＢＴのゲートをバイパスしてＧＮＤに流すプルダウンインピーダンスを設け（以下、この電流を「プルダウン電流」と称する）、このプルダウンインピーダンスは、前記ＩＧＢＴが完全にオンするまでは高インピーダンスとなり、前記ＩＧＢＴが完全にオンする領域では低インピーダンスとなる可変インピーダンス回路により構成されていることを特徴とする内燃機関用点火装置。
【請求項２】
前記可変インピーダンス回路は、前記駆動回路の入力端子とＧＮＤ間に接続された分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２と、この分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２間の電圧が所定値以上になるとスイッチオンして分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２と並列の接続状態になる抵抗Ｒ３とで構成されている請求項１記載の内燃機関用点火装置。
【請求項３】
前記駆動回路は、前記可変インピーダンス回路及び点火コイルの一次電流を制限する回路を含み、かつ前記ＩＧＢＴのモノリシックシリコン基板に集積して形成されている１チップ型の回路である請求項１又は２記載の内燃機関用点火装置。
【請求項４】
前記可変インピーダンス回路は、高インピーダンス時に前記プルダウン電流が４ｍＡ以下となり、低インピーダンス時に前記プルダウン電流が８ｍＡ以上確保できるように設定されている請求項１ないし３のいずれか１項記載の内燃機関用点火装置。
【請求項５】
前記駆動回路は、入力される点火制御信号に対する動作電圧レベルにしきい値及びヒステリシスを持たせる入力制御回路を有する請求項１ないし４のいずれか１項記載の内燃機関用点火装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用の電気機器に用いる駆動回路及び該駆動回路を利用した内燃機関用点火装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、内燃機関の点火装置では、エンジンコントロールユニット（内燃機関用電子制御装置、以下、「ＥＣＵ」と称する）からの点火制御信号により、点火駆動回路のパワースイッチング素子をオン，オフさせて、点火コイルの一次電流を通電，遮断制御している。
【０００３】
パワースイッチング素子としては、従来はバイポーラトランジスタが使用されていたが、最近では、消費電流の少ないＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）が使用されている。
【０００４】
ＩＧＢＴは、絶縁ゲートを有する電圧駆動タイプのスイッチング素子であることからＥＣＵからの点火制御信号に対し電流をほとんど必要としない。また、電流制限回路を有する場合においても、電流制限がかからない場合はほとんど電流を必要としないため、ＥＣＵと点火装置間の接続端子部にはμＡオーダーの微少な電流しか流れない。
【０００５】
接続端子は通常Ｓｎめっきを使用するが、端子間の接触電流が小さい場合、端子の酸化などが起こり接触不良が発生する場合がある。また、通常のＥＣＵは、その出力部においてＥＣＵと点火装置間の断線検出を行っているが、ＩＧＢＴの場合には、ＥＣＵからの出力電流が微少電流であるために断線検知が困難となる。
【０００６】
上記のような端子間の接触不良の問題や断線検知の困難性を解決するために、従来は、例えば、特開平９−２２８９３７号公報に開示されるように、ＩＧＢＴを用いた点火装置において、入力端子とＧＮＤ間に電流調整用のブリーダ抵抗（プルダウン抵抗）を設定し、故意的に端子接続部に１ｍＡ以上の電流を流す技術が提案されている。この端子接続部を通る電流は、ブリーダ抵抗を介してＩＧＢＴのゲートをバイパスしＧＮＤに流され、電圧駆動型のＩＧＢＴの動作に支障がないようにしてある。ここでは、このブリーダ抵抗（プルダウンインピーダンス）を流れる電流と、端子接続部電流，プルダウン電流、或いは入力電流と称することもある。
【０００７】
ブリーダ抵抗を設けた場合、上記入力電流（端子接続部電流，プルダウン電流）は電圧に対する抵抗の比例電流になっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＩＧＢＴを用いた点火装置であっても、事情によっては、上記入力電流（端子接続部電流，プルダウン電流）を１０ｍＡ〜２０ｍＡ以上要求されることもある。この場合には、駆動回路のブリーダ抵抗（プルダウンインピーダンス）を小さくせざるを得ない。
【０００９】
しかし、点火装置として得られる入力電圧は、ＥＣＵの出力抵抗とブリーダ抵抗の分圧になり、大きな入力電流を得ようとしてブリーダ抵抗を小さくすると、ブリーダ抵抗の電圧ドロップが小さくなり、点火装置の入力電圧が低下してしまう。
【００１０】
このような入力電圧の低下は、ＩＧＢＴ（ＭＯＳゲートパワースイッチング素子）が電圧駆動形の素子であるため、オン動作に必要な入力電圧を充分に確保できないことになる。
【００１１】
本発明は以上の課題を解決して、ＩＧＢＴ使用のパワー素子を使用する自動車用駆動回路（内燃機関用点火装置の駆動回路など）において、入力電流（端子接続部電流，プルダウン電流）を大きくしたい場合にその要求に応えると共に、ＩＧＢＴのオン動作に必要な入力電圧を充分に確保することができる手段を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、自動車の電子制御装置から出力される制御信号に応じて電気機器の電流を制御し、パワー素子としてＩＧＢＴを備える自動車用駆動回路において、
この駆動回路の入力段に流れる電流を意図的にＩＧＢＴのゲートをバイパスしてグラウンドに流すプルダウンインピーダンスを設け、プルダウンインピーダンスは制御信号の電圧によって変化する可変インピーダンス回路により構成することで達成される。
【００１３】
具体的には、例えば内燃機関用点火装置の駆動回路において上記可変インピーダンス回路を備え、この可変インピーダンス回路（プルダウンインピーダンス）は、ＩＧＢＴ（パワースイッチング素子）が完全にオンするまでは、入力電流（プルダウン電流，端子接触部電流）が少なく且つＩＧＢＴ動作に必要なゲート電圧を確保できるよう高インピーダンスとなり、ＩＧＢＴが完全にオンする領域では、入力電流が多くなるよう低インピーダンスとなる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面に基づき説明する。
【００１５】
図１は本発明の一実施例に係る回路図、図２は本実施例に用いる駆動回路の入力電流と入力電圧との関係を示す特性図である。本実施例では、内燃機関用の点火システムの構成例を示す。
【００１６】
１はＥＣＵ、２は点火装置である。
【００１７】
ＥＣＵ１は、自動車の運転状態に応じて点火時期などを演算する演算装置（ＣＰＵ）８を有し、その出力段にＮＰＮトランジスタ１０とプルアップ抵抗９が設けてある。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１０をオン，オフ制御し、点火装置２にハイレベル，ローレベルのパルスを出力する。
【００１８】
点火装置２は、その駆動回路２０と点火コイル３及び点火プラグ４により構成される。
【００１９】
駆動回路２０は、点火コイル３の一次電流を通電・遮断するパワースイッチング素子としてＩＧＢＴ２１を有する。
【００２０】
ＩＧＢＴ２１のゲートは、ゲート抵抗３０および入力端子２９を介してＥＰＵ１の出力端子と接続され、コレクタが点火コイル３の一次コイルと接続され、エミッタがＧＮＤに接続される。
【００２１】
駆動回路２０は、一次コイルの電流（一次電流）が過多にならないようにするための保護回路を有する。この保護回路は、サブＩＧＢＴ２８，電流検出抵抗２７，電流制限回路部２６により構成される。
【００２２】
サブＩＧＢＴ２８は、ＩＧＢＴ２１と並列に接続されてＩＧＢＴ２１同様に点火制御信号によりオン，オフ制御され、オン動作時に点火コイルの一次電流の一部を電流検出抵抗２７に通すようにしてある。電流検出抵抗２７は、サブＩＧＢＴ２８のエミッタとＧＮＤとの間に接続される。
【００２３】
電流制限回路部２６は、抵抗２７の検出信号を入力し、一次電流が所定値以上にならないようにＩＧＢＴ２１を制御することで、ＩＧＢＴ２１を保護する。
【００２４】
駆動回路２０の入力段には、意図的に入力電流をＩＧＢＴ２１のゲートをバイパスしてＧＮＤに流すプルダウンインピーダンスを設ける。このプルダウンインピーダンスは、抵抗２２，２３（Ｒ１，Ｒ２）、抵抗２５（Ｒ３），スイッチング素子（例えばＭＯＳトランジスタ）２４よりなる可変インピーダンス回路３２により構成される。
【００２５】
この可変インピーダンス回路３２は、ＩＧＢＴ２１のゲートに入力される制御信号の電圧によってプルダウンインピーダンスを変化させるものである。具体的には、例えば、分圧抵抗２２（Ｒ１），２３（Ｒ２）は駆動回路２０の入力端子２９とＧＮＤ間に接続され、また、抵抗２５（Ｒ３）とスイッチング素子２４も直列にして入力端子２９とＧＮＤ間に接続されている。スイッチング素子２４のゲートは、分圧抵抗２２，２３間に接続されている。スイッチング素子２４のソースは、ＧＮＤ電位となるＩＧＢＴ２１のエミツタ側に接続され、ドレインは抵抗２５を介して入力端子２９に接続される。
【００２６】
この分圧抵抗２２（Ｒ１），２３（Ｒ２）間の電圧が所定値以上になると、スイッチング素子２４がオンして、抵抗２５（Ｒ３）が抵抗２２，２３（Ｒ１，Ｒ２）と並列の接続状態になる。
【００２７】
本実施例によれば、ＩＧＢＴ２１は、ＥＣＵ１の出力信号がローからハイレベル信号になることでオンし点火コイル３の一次電流を通電させる。ＩＧＢＴ２１をオフからオンに変える場合の入力電圧（ゲート電圧）は、ＥＣＵ１の出力電圧をプルアップ抵抗９と抵抗２２，２３で分圧して得られるものである。すなわち、ＥＣＵ１がローからハイレベルに変わる時点（換言すればＩＧＢＴ２１が完全にオンするまでの時点）では、可変インピーダンス回路３２のスイッチング素子２４がオンする直前であるので、抵抗素子２５は、まだ分圧抵抗２２，２３と並列接続の状態にはなっていない。この場合には、可変抵抗回路３２は高インピーダンス状態（高プルダウンインピーダンス）であり、ＩＧＢＴ２１のゲート電圧を充分に確保することができる。また、駆動回路２０の入力電流（プルダウン電流，端子接続部電流）の流し込み量が少なくなる。
【００２８】
上記高インピーダンス領域の入力電流，入力電圧は次式で表せる。
【００２９】
[数１]
入力電流＝入力電圧／（Ｒ２２＋Ｒ２３）
ＥＣＵ１の出力信号がハイレベルとなった後（ＩＧＢＴ２１がオンした後）は、分圧抵抗２２，２３間の電圧値がスイッチング素子２４をオンさせるに充分なゲート電圧となり、スイッチング素子２４がオンする。これによって、抵抗素子２５も通電し、抵抗２５が抵抗２２，２３と並列接続状態になる。
【００３０】
この場合には、ＥＣＵ１の出力（ハイレベル）がプルアップ抵抗９と上記した並列抵抗との分圧値となるが、ＩＧＢＴ２１のオン状態を維持するゲート電圧は確保される。また、上記分圧抵抗２２，２３と抵抗２５との並列抵抗回路が形成されることで、可変インピーダンス回路２３は低インピーダンス（低プルダウンインピーダンス）となる。
【００３１】
上記低インピーダンス領域の入力電流，入力電圧は次式で表せる。
【００３２】
[数２]
入力電流＝入力電圧／〔（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）／（Ｒ１＋Ｒ２）Ｒ３〕
したがって、駆動回路２０の入力電流の流し込み量が多くなる。
【００３３】
図２に上記数１，２式による点火装置の入力電圧に対する入力電流の関係を示す。
【００３４】
次に、ＥＣＵ１の出力信号がハイからローレベルに変わることで、ＩＧＢＴ２１はオフし、一次電流が遮断され、ＩＧＢＴ２１のコレクタ部に電圧が発生し、点火コイル３の二次側に点火コイルの巻き数比倍に相当する高電圧が誘起される。この場合には、スイッチング素子２４もオフする。
【００３５】
本実施例によれば、駆動回路２０のプルダウンインピーダンスに上記したような可変インピーダンス回路３２を設けることで、駆動回路の高インピーダンス時の入力電流，入力電圧と低インピーダンス時の入力電流，入力電圧を任意に設定することができる。
【００３６】
それにより、ＥＣＵ１・点火装置２間の端子接触部の酸化を防止する端子接触部電流及び断線検知の自己診断（自己診断回路については図示省略してある）機能を確保できるほかに、さらに必要に応じて所望の入力電流を得ることができ、また、このような大きな入力電流を確保しても、ＩＧＢＴ（点火装置）の動作に必要なゲート電圧を充分に確保することができる。可変インピーダンス回路３２は、例えば、高インピーダンス時の入力流し込み電流を４ｍＡ以下とし、低インピーダンス時の入力流し込み電流を８ｍＡ以上確保するように設定されている。
【００３７】
上記実施例では、点火装置の駆動回路２０は、ＩＧＢＴ２１のモノリシックシリコン基板上に、電流制限回路部２６及び可変インピーダンス回路３２を集約した１チップ型で構成されている。
【００３８】
サブＩＧＢＴ２８は、メインのＩＧＢＴ２１に対してある比をもって小さい面積に形成されている。
【００３９】
この回路２０を用いることによって、ＩＧＢＴ（パワースイッチング素子）を用いた点火装置のゲート電圧を確保しながら入力電流を大きくとることが可能となり、動作の安定した信頼性の高い多機能な１チップイグナイタを実現させることができる。
【００４０】
図４は、本発明と比較する点火装置の比較例であり、比較例は本発明のようにプルダウンインピーダンスを可変インピーダンス回路で構成しておらず、固定のプルダウン抵抗（ブリーダ抵抗）を設けたものである。図中、図１と同一符号は、同一或いは共通する要素を示す。
【００４１】
この場合には、ＩＧＢＴ２１のゲートとＧＮＤの間にプルダウン抵抗４０を設けて、入力電流を意図的にＧＮＤに流す回路であり、入力電流は入力電圧／入力抵抗で定義されるリニア特性となる。
【００４２】
比較例の場合には、入力電流を例えば４ｍＡ以上確保しようとしてプルダウン抵抗を小さくすると、抵抗４０の電圧ドロップが小さすぎて、ＩＧＢＴ２１のゲート電圧が充分確保できず、逆にゲート電圧を確保しようとしてプルダウン抵抗４０を大きくすると、所望の入力電流を充分に確保できない。
【００４３】
図３は、本発明の他の実施例に係る点火装置の回路図である。
【００４４】
本実施例と図１の実施例とは基本的には、同様の回路構成をなすものであるが、相違する点は、駆動回路２０に、入力される点火制御信号に対する動作電圧レベルにしきい値及びヒステリシスを持たせる入力制御回路３３を設けた点である。
【００４５】
本実施例では、電流制限回路３１と入力制御回路３３をＩＧＢＴ基板に集約している。入力制御回路３３は、駆動回路２０の入力信号（ゲート電圧）が第一の設定値以上になると、ＩＧＢＴ２１のゲートに電圧を印加するスレツシュホールドレベルを制御し、ゲートに電圧を印加した後、入力電圧が第二の設定値以下になるとＩＧＢＴのゲートの電圧を遮断するヒステリシスを有している。
【００４６】
なお、本発明の駆動回路２０は、点火装置のほかに自動車用のその他のアクチュエータの駆動回路としても適用することができる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、ＩＧＢＴ（ＭＯＳゲートパワースイッチング素子）を用いた点火装置のゲート電圧を充分に確保しながら入力電流を大きくとることが可能となり、動作の安定した信頼性の高い多機能な自動車用駆動回路および内燃機関用点火装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る回路構成図。
【図２】上記実施例における点火装置の入力電流と入力電圧との関係を示す特性図。
【図３】本発明の他の実施例に係る回路構成図。
【図４】本発明に対する比較例を示す説明図。
【符号の説明】
１…ＥＣＵ、２…点火装置、３…点火コイル、２０…駆動回路、２１…ＩＧＢＴ、３２…可変インピーダンス回路（プルダウンインピーダンス）。
【図１】
0003762264.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003762264.tif 000004
【図４】
0003762264.tif 000005