智能IGBT在汽车点火系统中的应用

智能IGBT在汽车点火系统中的应用

智能IGBT在汽车点火系统中的应用
要产生火花，你所需的器件包括电源、电池、变压器(即点火线圈)，以及用于控制变
压器初级电流的开关。电子学教科书告诉我们V=Ldi/dt。因此，如果线圈初级绕组中的
电流发生瞬间变化(即di/dt值很大)，初级绕组上将产生高压。如果该点火线圈的匝比为
N，就能按该绕线匝数比放大原边电压。结果是次级上将产生10kV到20kV的电压，横跨火
花塞间隙。一旦该电压超过间隙周围空气的介电常数，将击穿间隙而形成火花。该火花
会点燃燃油与空气的混合物，从而产生引擎工作所需的能量(图1)。

除柴油机外，所有的内燃机中都有一个基本电路(汽车点火系统)。用于点火线圈充电的
开关元件已经历了很大演变：从单个机械开关、分电器中的多个断电器触点，到安装在
分电器中或单独电子控制模块中的高压达林顿双极晶体管，再到直接安装在火花塞上点
火线圈中的绝缘栅双极性晶体管(IGBT)，最后是直接安装在火花塞上点火线圈中的智能
IGBT。

很多年前，IGBT就已成为点火应用中的开关。图2所示为IGBT的剖面图。较之于其它技术
，IGBT有如下一些重要优点：

大电流下的饱和压降低；

易于构建出能处理高压线圈(400~600V)的电路；

简化的MOS驱动能力；

在线圈异常工作时能承受高能耗(SCIS额定范围内)。

图2所示的点火IGBT示意图包括了几个额外的重要元素。集电极到栅极的雪崩二极管堆建
立起“导通”电压，当集电极被来自线圈的反激或尖峰脉冲强迫提升到该电压时，IGBT将
导通，此时IGBT会消耗其处于活动区时在线圈中积蓄的剩余能量(而不是将其用于产生火
花)。采用这种雪崩“箝位”电路后，IGBT可限制箝位电压，使其远远低于N型外延掺杂/P
形基(N epi/P
base)半导体的击穿电压，以确保其安全运行。这样就能显著提高点火IGBT对自箝位