阅读说明：本技术 内燃机点火装置 (Ignition device for internal combustion engine ) 是由 北雅人 小林洋一郎 于 2019-01-08 设计创作，主要内容包括：提供一种内燃机点火装置,能够抑制专用部件等的成本,并且在从正常点火动作模式向保护动作模式转移时,能够使驱动电路的输出信号电平不会急剧变化。本发明的内燃机点火装置具备：第一差动电路,其输出第一模式时的驱动信号；以及第二差动电路,其输出第二模式时的驱动信号,所述第一差动电路和所述第二差动电路分别具备晶体管,并以供给所述驱动信号的驱动电流流过在所述第一模式和所述第二模式之间共用的所述晶体管的形式构成。(Provided is an internal combustion engine ignition device capable of preventing an output signal level of a drive circuit from changing abruptly when shifting from a normal ignition operation mode to a protection operation mode while suppressing the cost of dedicated parts and the like. An ignition device for an internal combustion engine according to the present invention includes: a first differential circuit that outputs a drive signal in a first mode; and a second differential circuit that outputs a drive signal in a second mode, wherein the first differential circuit and the second differential circuit each include a transistor, and are configured such that a drive current supplied to the drive signal flows through the transistor shared between the first mode and the second mode.)

内燃机点火装置

技术领域

本发明涉及一种对内燃机进行点火的装置。

背景技术

内燃机点火装置为了防止点火线圈或点火线圈一次侧电流的开关元件被过电流破坏，搭载有切断电流的保护电路。保护电路一般具有以下两种动作模式：(a)软关闭模式，其使线圈一次侧电流缓慢减少，以使得不会由于使线圈一次侧电流长时间通电后的切断动作而在点火线圈二次侧产生异常的高电压；(b)限流模式，其控制开关元件来减少线圈一次侧电流。

下述专利文献1公开了与软关闭模式相关的技术。在该文献记载的技术中，在开关元件为导通状态时，若长通电检测电路检测到规定时间以上的长通电时间，则从软关闭用电容器输出放电电流，通过使开关元件缓慢地从导通状态转变到切断状态，来实现软关闭模式。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本专利第5765689号公报

发明内容

发明要解决的问题

在从正常的点火动作转移到软关闭模式或限流模式等保护电路动作时，为了不发生意想不到的点火，优选使开关元件的导通状态缓慢地转变。例如，如果开关元件是IGBT，则需要使栅极电压缓慢地转变。

专利文献1记载的技术为了生成软关闭用的波形而使用了电容元件。在从正常的点火动作向软关闭动作转移时，认为该电容元件吸收切换噪声，抑制开关元件(IGBT)的栅极电压的急剧的变动。但是，考虑如下等问题：(a)需要软关闭专用的电容元件，成本增加，(b)由于软关闭波形由该电容元件的值和IGBT栅极输入电阻值、栅极输入电容值来决定，所以负载依赖性大，需要为此的调整成本。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种内燃机点火装置，其能够抑制专用部件等的成本，并且在从正常点火动作模式向保护动作模式转移时，能够使驱动电路的输出信号电平不会急剧变化。

解决问题的技术手段

本发明的内燃机点火装置具备：第一差动电路，其输出第一模式时的驱动信号；以及第二差动电路，其输出第二模式时的驱动信号，所述第一差动电路和所述第二差动电路分别具备晶体管，并以供给所述驱动信号的驱动电流流过在所述第一模式和所述第二模式之间共用的所述晶体管的方式构成。

发明的效果

根据本发明的内燃机点火装置，在从正常动作模式切换到保护动作模式时，能够缓慢地切换驱动信号的输出信号电平。上述以外的课题、构成以及效果通过以下的实施方式的说明而变得明确。

附图说明

图1是实施方式1的内燃机点火装置的构成图。

图2是说明点火控制装置100的动作的时序图。

图3A是差动电路51、差动电路52、驱动电路61的电路图。

图3B是说明从正常点火模式平滑地向软关闭模式转移的图。

图4是实施方式2的内燃机点火装置的构成图。

图5是说明实施方式2中的点火控制装置100的动作的时序图。

图6A是差动电路51、差动电路53、驱动电路61的电路图。

图6B是说明从正常点火模式平滑地向限流模式转移的图。

图7是实施方式3的内燃机点火装置的构成图。

图8是说明实施方式3中的点火控制装置100的动作的时序图。

图9A是差动电路51～53和驱动电路61的电路图。

图9B是说明从正常点火模式转移到限流模式后，进一步转移到软关闭模式时的电流流动的图。

具体实施方式

<实施方式1>

图1是本发明的实施方式1的内燃机点火装置的构成图。内燃机点火装置具备ECU(Electronic Control Unit电子控制单元)21、点火控制装置100、电池11、开关元件71、点火线圈74(一次侧线圈72、二次侧线圈73)、以及火花塞75。点火控制装置100还具备输入缓冲电路31、通电控制电路41、异常通电检测电路42、差动电路51、差动电路52、以及驱动电路61。

开关元件71通过对点火线圈74输出驱动信号，对内燃机进行点火。通过将从点火控制装置100输出的驱动信号输入到栅极端子，开关元件71被驱动。

ECU21指示点火控制装置100对内燃机进行点火。通电控制电路41是在正常点火模式下对开关元件71输出通电控制信号的电路。异常通电检测电路42检测开关元件71比正常动作时更长地通电(异常通电)。异常通电检测电路42在检测到异常通电时，将该情况通知给通电控制电路41。通电控制电路41停止通电控制信号，之后异常通电检测电路42输出对开关元件71的通电控制信号，由此实施软关闭模式。

差动电路51和差动电路52是对两个输入信号的差分进行放大的电路。差动电路51输出正常点火模式下的驱动信号，差动电路52输出软关闭模式下的驱动信号。差动电路51对从通电控制电路41接收的两个通电控制信号的差分进行放大。差动电路52对从异常通电检测电路42接收的通电控制信号和从驱动电路61的输出反馈的信号之间的差分进行放大。差动电路51和差动电路52以及驱动电路61的具体示例将在后文中描述。

图2是说明点火控制装置100的动作的时序图。这里,示出了主要的信号线中的信号波形。以下，使用图2的信号波形，说明正常点火模式和软关闭模式各自的动作。

在正常点火模式下，从ECU21经由信号线1输入通电控制信号。通电控制信号通过输入缓冲电路31/通电控制电路41/差动电路51/驱动电路61/信号线9，作为驱动信号被输出到开关元件71。开关元件71根据该驱动信号进行动作。

在差动电路51中，(+)端子与信号线4连接，(-)端子与信号线5连接。在信号线4为高电平信号且信号线5为低电平信号的情况下，从驱动电路61输出的信号线9为高电平，开关元件71导通。在信号线4为低电平信号且信号线5为高电平信号的情况下，信号线9为低电平，开关元件71断开。当开关元件71导通时，电流流至点火线圈74的一次侧线圈72。在开关元件71断开的同时，在一次侧线圈72中产生一次电压，通过互感作用在二次侧线圈73中产生与匝数比相应的二次电压。二次电压被供给到火花塞75，由此内燃机点火。

异常通电检测电路42在开关元件71的通电时间长达规定时间以上时(异常通电)，检测出该情况。当异常通电检测电路42检测到异常通电时，点火控制装置100从正常点火模式转移到软关闭模式。在软关闭模式下，使对开关元件71的栅极端子的驱动信号缓慢地从高电平变化为低电平。由此,使开关元件71从导通状态缓慢地向切断状态转变。

在转换到软关闭模式之前，由于开关元件71处于通电状态，所以信号线4为高电平，信号线5为低电平，信号线6为低电平，从信号线9输出高电平信号。异常通电检测电路42若检测到异常通电，则从信号线6输出软关闭模式时的信号波形。软关闭模式时的信号波形从高电平缓慢地变化为低电平。

来自信号线6的软关闭信号被输入到差动电路52的(+)端子。信号线9(驱动电路61的输出)被负反馈到差动电路52的(-)端子。即，跟随信号线6的波形的波形经由信号线9被反馈到差动电路52。

通电控制电路41经由信号线3从异常通电检测电路42接收检测到异常通电的信息。通电控制电路41在接收到该信号时，使信号线4从高电平变化为低电平，使信号线5保持低电平不变。通过在信号线6变为高电平(即转移到软关闭模式)之后设定信号线4从高电平变为低电平的定时，信号线9保持高电平不变。由此，在从正常点火模式向软关闭模式转移时，驱动信号电平不会急剧变化，动作模式平滑地转移。

图3A是差动电路51、差动电路52、驱动电路61的电路图。下面，使用图3A说明这些电路的构成。

差动电路51由恒流源I1、NMOS(MN1、MN2)、PMOS(MP20、MP21)构成。差动电路52由恒流源I1、NMOS(MN3、MN4)、PMOS(MP20、MP21)构成。恒流源I1和PMOS(MP20、MP21)在差动电路51和差动电路52之间共用。

驱动电路61由MP23和MN12构成。来自MP23的输出电流是基于从MP21到MP23的电流镜比对差动电路(+)端子侧的输出电流进行镜像处理而得到的。来自MN12的输出电流是基于从MP20到MP22的电流镜比以及从MN10到MN12的电流镜比对差动电路(-)端子侧的输出电流进行镜像处理而得到的。驱动电路61的输出(信号线9)被负反馈到差动电路52的(-)端子。

图3B是说明从正常点火模式平滑地转移到软关闭模式的图。图3B的粗虚线表示通过MP21和MP23之间的电流镜形成驱动电路61的输出。图3B的虚线表示正常点火模式下的电流路径。图3B的单点划线表示软关闭模式下的电流路径。

在转移到软关闭模式之前，输入到差动电路51的(+)端子的信号线4为高电平，输入到差动电路52的(+)端子的信号线6为低电平，MN1为导通，MN3为断开。在MP21中流动的电流通过MN1流动。

当转移到软关闭模式时，首先信号线6变为高电平，所以MN1和MN3变为导通状态，但通过恒流源I1的作用，流过MP21的电流不变化。然后，MN1断开，且MN3变为导通状态。在MP21中流动的电流通过MN3流动。在该期间，通过恒流源I1的作用，在MP21中流动的电流也不变化。由于驱动电路61的输出由MP21和MP23之间的电流镜形成，所以如果流过MP21的电流不变化，则流过MP23的电流也不变化。由此，在从正常点火模式向软关闭模式转移的过程中，不会使驱动电路61的输出电流急剧变化，能够平滑地切换模式。

<实施方式1：总结>

本实施方式1的内燃机点火装置在从正常点火模式向软关闭模式切换时，经由两模式共用的MP21流过电流。由于驱动电流通过MP21和MP23之间的电流镜生成，所以在切换模式的时刻，驱动电流不会急剧变化。由此,能够平滑地切换动作模式。

本实施方式1的内燃机点火装置将驱动电路61的输出作为差动电路52的负端子输入进行反馈。由此，能够追随软关闭模式时的对差动电路52的输入信号，形成驱动电路61的输出。即，能够不依赖于驱动电路61的负载地输出追随对差动电路52的输入信号的驱动信号。

在本实施方式1中，由于开关元件71的输入端子条件是各种各样的，所以需要使驱动电路61的负载驱动能力最佳化。在本实施方式1中，由于通过对流过差动电路51或差动电路52的电流进行电流镜处理来生成驱动信号，所以能够按照电流镜比使驱动电路61最佳化。

<实施方式2>

在实施方式1中，说明了平滑地切换正常点火模式和软关闭模式的构成例。在本发明的实施方式2中，对平滑地切换正常点火模式和限流模式的构成例进行说明。所谓限流模式，是降低开关元件71的栅极电压来取得平衡的动作，以使流过一次侧线圈72的电流不超过所设定的限流值。

图4是本实施方式2的内燃机点火装置的构成图。在图4中，配置阈值电压生成电路43来代替在实施方式1中说明的异常通电检测电路42，配置差动电路53来代替差动电路52。阈值电压生成电路43不依据ECU21所输出的通电控制信号地对差动电路53的(+)端子输出阈值电压。通过检测电阻76检测流过一次侧线圈72的电流的结果被输入到差动电路53的(-)端子。

图5是说明本实施方式2中的点火控制装置100的动作的时序图。下面，使用图5的信号波形，说明限流模式下的动作。正常点火模式下的动作与实施方式1相同。

限流模式在一次侧线圈72导通的期间起作用，因此正常点火信号为高电平。即，信号线4为高电平，信号线5为低电平，信号线9为高电平。当流过一次侧线圈72的电流增加时，信号线10的电压上升。

随着信号线10的电压接近作为阈值电压的信号线7的电压，差动电路53使输出电流逐渐增加。由此，将驱动电路61的输出从高电平逐渐压低。当驱动电路61的输出下降时，开关元件71的栅极电压下降，因此流过一次侧线圈72的电流减少。通过该反馈回路取得各信号的平衡，对流过一次侧线圈72的电流进行限制，以使其不超过阈值电压。

图6A是差动电路51、差动电路53、驱动电路61的电路图。差动电路53由恒流源I2、NMOS(MN5、MN6)、PMOS(MP20)构成。PMOS(MP20)在差动电路51和差动电路53之间共用。差动电路53的(+)端子是MN5的栅极端子，经由信号线7输入阈值电压。差动电路53的(-)端子侧是MN6的栅极端子，经由信号线10输入流过一次侧线圈72的电流的检测结果。

图6B是说明从正常点火模式平滑地向限流模式转移的图。图6B的粗虚线表示通过MP21和MP23之间的电流镜形成驱动电路61的输出。图6B的虚线表示正常点火模式下的电流路径。图6B的双点划线表示限流模式下的电流路径。

在正常点火模式下，差动电路51的(+)端子为高电平，电流流向MP21侧。在差动电路53中，由于作为检测电压的信号线10的值比作为阈值电压的信号线7的值小，所以电流流至MN5侧，在从MN6到MP20的电流路径中不流过电流。在驱动电路61中，仅在MP23侧流过电流，在MN12侧不流过电流。

当一次侧线圈72的电流增加、检测电压上升时，信号线10的电压上升。随着信号线10的电压接近阈值电压(信号线7)，流过MN5的电流减少，在从MN6到MP20的电流路径中流过的电流增加。于是，由MP20至MP22的电流镜比以及MN10至MN12的电流镜比决定的电流流向MN12侧。由此，输出(信号线9)电平下降。当输出(信号线9)下降时，开关元件71的栅极电压下降，因此，一次侧线圈72的电流减少，检测电压(信号线10)下降。通过该反馈回路取得各信号的平衡，对一次侧线圈72的电流施加限制。

MN6的电流由于检测电压的上升而增加，但通过使该MN6电流变化变缓，流过MN12的电流也缓慢地变化，所以输出(信号线9)也缓慢地变化。因此，能够平滑地从正常点火模式向限流模式转移。

<实施方式2：总结>

本实施方式2的内燃机点火装置在从正常点火模式向限流模式切换时，使流过MN6的电流逐渐增加。由于MP20和MP22之间的电流镜以及MN10和MN12之间的电流镜，流过MN12的电流逐渐增加。当流过MN12的电流逐渐增加时，驱动电路61的输出逐渐减少。由此，在切换模式的时刻，驱动电流不会急剧变化，所以能够平滑地切换模式。

本实施方式2的内燃机点火装置将开关元件71的输出(具体而言是检测电阻76的电流检测结果)反馈到差动电路53的负输入端子。由此，随着在一次侧线圈72中流动的电流超过阈值电压而增加，在MN12中流动的电流逐渐增加，驱动电流被调整为与阈值电压平衡。因此，能够平滑地实施限流模式。

<实施方式3>

图7是本发明的实施方式3的内燃机点火装置的构成图。在本实施方式3中，对将实施方式1～实施方式2组合起来的构成例进行说明。对于与实施方式1～实施方式2相同的构成,适当地省略说明。分别来自差动电路51/差动电路52/差动电路53的驱动信号被并行地输入到驱动电路61。

图8是说明本实施方式3的点火控制装置100的动作的时序图。在本实施方式3中，在从正常点火模式转移到限流模式后，在继续异常通电的情况下，进一步转移到软关闭模式。各模式的动作顺序与实施方式1～实施方式2相同。当在限流模式中转移到软关闭模式时，输出(信号线9)从高电平缓慢地变化为低电平。由此，开关元件71的栅极电压缓慢下降，所以一次侧线圈72的电流逐渐减少。伴随于此，检测电压(信号线10)的电压也逐渐下降，因此限流模式结束。然后,软关闭模式结束。

图9A是差动电路51～差动电路53以及驱动电路61的电路图。各电路的构成与在实施方式1～实施方式2中说明的构成相同。

图9B是说明从正常点火模式转移到限流模式后，进一步转移到软关闭模式时的电流的流动的图。在正常点火模式下，差动电路51的(+)端子(信号线4)为高电平，驱动电路61从MP23输出电流。当转移到限流模式时，与从MN6流到MP20的电流值对应的电流流至MN12，压低输出(信号线9)电平。当在该状态下转移到软关闭模式时，差动电路51和差动电路52的电流路径从MN1侧切换到MN3侧。由于流过MP23的电流不变，所以输出(信号线9)不变。当信号线9的信号电平跟随软关闭信号波形而缓慢下降时，检测电压也下降，因此从MN6流至MP20的电流减少，流至MN12的电流也减少。最终成为未实施限流模式的状态，之后软关闭模式结束。

<关于本发明的变形例>

本发明不限于上述实施方式，包括各种变形例。例如，上述实施方式是为了易于理解地说明本发明而详细说明的实施方式，并不一定限定于具备说明的全部构成。另外，可以将某实施方式的构成的一部分置换为其他实施方式的构成，另外，也可以在某实施方式的构成上增加其他实施方式的构成。另外，对于各实施方式的构成的一部分，可以进行其他构成的追加、删除、置换。

符号说明

1～10：信号线

11：电池

21：ECU

31：输入缓冲电路

41：通电控制电路

42：异常通电检测电路

43：阈值电压生成电路

51～53：差动电路

61：驱动电路

71：开关元件

72：一次侧线圈

73：二次侧线圈

74：点火线圈

75：火花塞

76：检测电阻

I1～I2：恒流源

MN1～6、10、12：NMOS晶体管

MP20～23：PMOS晶体管

100：点火控制装置。