用于先进分布式点火系统的智能IGBTS

1、第 1 页 共 5 页用于先进分布式点火系统的智能用于先进分布式点火系统的智能 igbts近几十年引擎和变速控制领域进展十分快速， 这种进展是由无数因素驱动的。在高性能引擎中，不仅平稳停机、低噪声、低震惊很重要，而且降低燃料消耗和削减排放的要求也要满足。80 年月汽车领域中机械系统被系统所取代，没有它的话，今日的直喷系统也就不行能实现的。第一代电子控制模块着重强调了功能的实现（喷射、点火、lambda控制等） ， 但是现在的焦点集中在带有更高级别集成度和复杂度的优化成本的划分上。这种集成的趋势给点火系统带来了无数革新。 这篇文章从技术和市场的角度解释了英飞凌科技采纳了片上芯片技术的智能点火是如

2、何为进一步的点火优化提供一种全新的解决计划。汽车点火系统的进展和演变在无数汽车子系统里面，机械解决计划已经彻低被电子解决计划所取代。这篇文章将具体的研究电子点火系统的进展（表 1）。表 1，电子点火系统的进展对于四缸发动机，早期的基于晶体管的点火系统采纳有两个功率输出级的双点火线圈（这种状况在目前的低档产品中仍有应用）。在某些状况下这种系统是不够的。现代的带有汽缸交迭和多值控制的内燃机不允许在排气冲程举行点火。这种发动机每个汽缸都需要单独的线圈 (插头线圈)或笔状线圈来点火。进一步把功率开关合并到这个笔状线圈或者插头线圈上，这样就产第 2 页 共 5 页生了一种性能显著提高的机械电子系统。 把

3、点火开关放到笔状线圈上有下列的优点：1、去除了高控制线和高压点火电缆可以降低点火过程中的电磁干扰；2、 去除高点火电缆可以降低成本，提高牢靠性；3、 去掉点火开关可以降低中心 ecu 的能量消耗。这种簇拥式点火模型的驱动和诊断可以由来自中心 ecu 的低电流驱动器或来提供。同样的点火线圈可以用法在任何数量的引擎汽缸上。 当用法智能的笔状线圈或者插头线圈时， 汽车创造商就有可能创造出一种标准的点火线圈，而且这种线圈对全部的引擎模型都是适用的。簇拥式点火输出级的需求相对于 ecu 上的点火输出级，簇拥式点火输出级（挺直在笔状线圈或插头线圈里面或上面）对于功率电子器件不但有不同的要求，而且在无数状况

4、下这种要求更为苛刻（表 2）。表 2，ecu 上的输出级和簇拥式输出级的比较机械电子式的点火模块挺直安装在引擎上，所以很简单受周围高达140的环境温度（发动机的冷却剂维持着低于 140的温度）和很高的震惊力的影响。这就对点火模块的用法寿命和牢靠性提出了巨大的挑战。另外，笔状线圈或者插头线圈常常用法密封的结构，这使得集成的功率开关的冷却变得十分困难。对于这种应用来说，必需保证在第 3 页 共 5 页175的最高结合温度下全部电子器件正常工作。因为 ecu 和点火模块的距离可能有几米远， 所以半导体和点火线圈的庇护以及诊断就必需由点火模块来提供。 这就意味着在点火模块中又增强了复杂度。 为了简化电

5、缆以及削减点火模块接口的数量， 多路复用管脚的用法就成了首选。 但是， 多路复用管脚又需要将更多的电子器件集成到点火开关中。 全部的这些特点都需要更多的空间来实现， 于是有限的安放空间就成为簇拥式点火输出级的主要设计因素之一。 用片上芯片技术生产的灵巧型 igbt 就可能满足对空间的严格要求。表 3，各种点火输出级的比较图 1，芯片叠加技术中的智能型 igbt智能型 igbt智能型 igbt 可以实现单片集成， 将功率和控制电路制作在同一个硅片上。功率芯片和控制芯片也可以分离制作，然后再装进同一个封装中。 目前将附加功能的电路元件集成到 igbt 功率开关电路中的尝试还很有限，由于这种做法并不

6、是行业的进展趋势。由于功率元件技术（igbt）和规律电路技术（bcd）是很不相容的，这两种技术的集成将导致半导体制作工艺变得复杂而且往往越发昂贵。英飞凌挑选了另一种方法用法两种自立的技术。这样做更适合功率开关（igbt 技术）和控制/诊断电路（bcd 技术）的最优化、更适合系统以高性价比实现其他须要的功能。依据不同的应用要求，标准的 igbt 加上片外的控制/诊断部分， 或者智能型 igbt 加上集成的控制/诊断电路都可以成为抱负的设计计划。带庇护的达林顿晶体管（智能第 4 页 共 5 页型双极晶体管） 曾经被应用在一些早期的点火系统中， 但这种技术并不能满足先进点火系统对电流和其他方面的要求

7、。芯片叠加技术在汽车领域已经用法了 15 年以上。通过利用芯片的第三维方向，智能型 igbt 可将需要的全部功能电路装在一个 to-220（或to-263）封装中。在现代点火系统中， 功率输出级在实现开关功能的同时还实现一些庇护和诊断功能， 以满足用户和政府的要求。 这些功能使得系统能符合排放标准，实现燃料节省，达到更高的舒服度和牢靠性。庇护和诊断的内容包括以下的方面：限流、关断定时器、电流反馈、电压反馈、无火花关断、过热庇护、双向电流接口、离子流信号调整。这些功能可以部分或所有实现以满足终于端用户的需要和政 府的要求。在上述智能型 igbt 中，有源齐纳击穿箝位、静电庇护和功率开关等基本功能

8、都在底层标准点火 igbt 芯片上实现。 更为复杂的功能电路则集成在顶层芯片（用 bcd 工艺制作）中。作为例子，图 2 表示了部分可用到的功能。图 2，智能型 igbt 模块原理图系统比较有一些办法可在笔状线圈中实现“智能”。下面讨论了三种不同的智能型点火模块设计的例子。 在陶瓷衬底上的电子器件（混合型）标准的 igbt 和实现智能特征所需的全部的附加器件以芯片（未封装的芯片）的形式被安装在陶瓷衬底上并连线。完整的系统可以放入第 5 页 共 5 页合适的封装，或者挺直放入线圈体。 在上安装电子器件传统的办法是将经过封装的标准的 igbt 和庇护器件安放在高温的pcb 板上，这样它们就可以根据上面所描述的举行封装了。 智能型 igbt用法片上芯片技术在单个的to220或to263封装里安装功率开关和规律芯片（为了全部的庇护、驱动和诊断功能）。用法采纳片上芯片技术的智能型 igbt 只用法了少数的无源器件削减了需要的附加电子器件的数目。相反，标准 igbt 则用法外部的驱动和庇护电路。 器件的削减增强了系统的牢靠性， 而且削减了在点火线圈中实现智能功能所需的空间。点火 igbt 具有精彩的高压特性、强度和高电流处理能力，可以十分好的适合于汽车点火应用。 尽管 igbt 和诊断电路的结合可以使点火系统越发智能