本发明专利技术提供一种不妨碍整个装置的小型化或精简化而以简单的结构实现电源的过电压保护，且可靠性高的点火器用功率半导体装置。对点火线圈(6)的初级电流进行通电/切断的第一半导体开关元件(4)并联连接，使搭载于集成电路(3)上的第二半导体开关元件(35)先通电而使第三半导体开关元件(300)导通，从而监视电源的过电压，并保护所述第一半导体开关元件(4)免受过电压。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种点火器及该点火器用功率半导体装置，该点火器具有在内燃机的点火系统中保护开关元件免受瞬态电源的过电压的影响的功能。
技术介绍
汽车发动机等内燃机用点火系统(ignition system)由功率半导体装置即所谓点火器和发动机控制计算机(ECU)构成，该功率半导体装置为了产生施加到火花塞的高电压，搭载了点火线圈(电感负载)和驱动它的功率半导体开关元件及其控制电路元件(半导体集成电路)。再者通常，在这样的点火器用功率半导体装置中作为其可靠性项目之一， 保证能承受在电源电压产生的瞬态过电压浪涌即负载突降浪涌(load dump surge)。因此， 为了保护内置于功率半导体装置的半导体开关元件或控制它的集成电路，一般采用直接监视电源电压，在过电压时使其停止动作的方法。一般由汽车电池提供上述点火器用功率半导体装置的电源，但是，由于电源变动或浪涌电压较大，所以往往在用齐纳二极管箝位后用恒压电路进行调节，提供给集成电路内。为了直接监视电池电压，需要另外的专用的信号取入端子，而且端子上还需要电力容量较大的保护元件，所以无法避免成本上升。此外，作为所述集成电路的电源，输入电池电压的端子上具备所述齐纳二极管，因此该电压大致固定在齐纳箝位电压，对过大电压得不到灵敏度，故无法面向高精度的电压检测。作为上述问题的对策，构思了监视所述半导体开关元件的主端子间电流，并且在流动既定电流值以上的电流时限制所述半导体开关元件的控制端子电压，由此保护所述开关元件的技术(例如专利文献1、专利文献2)。此外，为了取出所述半导体开关元件在截止时的高电位侧主端子电压，公开了在同一基板上形成与所述半导体开关元件不同的晶闸管元件，利用所述晶闸管元件的输出间接监视电源电压的技术(例如专利文献3)。专利文献1 日本特开平5-259853号公报专利文献2 日本特开平7-86587号公报专利文献3 日本特开2000-183341号公报在传统例的技术中，对从瞬态电源的过电压进行保护的观点来说有不充分的方面。即，在上述专利文献1和2中，在电源电压上升的状态下所述半导体开关元件导通时， 若有大于正常导通动作时的主端子间电流流过，只是彻底限制主端子间的电流值。这时，所述半导体开关元件以限制电流的状态导通，所述电源电压的上升量的电压大体上施加到主端子间，因此发生较大的焦耳损失。由于该焦耳损失全部消耗为热，所以存在消耗电力增大的问题以外，不得不采取为提高散热性而准备大规模的散热机构，或者选择抗短路能力大的所述半导体开关元件等的对策，存在所述点火器用功率半导体装置的小型化或精简化困难的问题。在上述专利文献3的技术中，对点火线圈的初级电流进行通电/切断的所述半导体开关元件基板上，搭载用于监视高电位侧主端子的电压的晶间管元件。在监视主端子电压时需要使所述晶闸管元件导通用的触发信号，但是正因为如此而另外需要偏置(bias) 源或电阻元件等。此外，还需要连接形成在半导体开关元件上的晶闸管元件和进行控制的集成电路之间的布线等，依然阻碍着所述点火器用功率半导体装置的小型化或精简化。
技术实现思路
本专利技术为解决上述那样的课题而构思，其目的在于得到不妨碍整个装置的小型化或精简化而以简单的结构实现电源的过电压保护，且可靠性高的点火器用功率半导体装置。在本专利技术的点火器用功率半导体装置中，具有对点火线圈的初级电流进行通电/ 切断的第一半导体开关元件和驱动控制所述半导体开关元件的集成电路，其中，所述集成电路包括第二半导体开关元件，在所述第一半导体开关元件的主端子间并联连接，且电流容量小于所述第一半导体开关元件；延迟单元，使驱动所述第一及第二半导体开关元件的控制输入信号延迟，使所述第二开关元件先于所述第一开关元件通电；第三半导体开关元件，具有晶间管结构，其一个主端子与所述第二半导体开关元件的高电位侧主端子连接，通过所述第二半导体开关元件通电时流过的主电流的一部分来使主端子间导通；以及第一过电压探测单元，通过所述第三半导体开关元件的导通而监视所述第二半导体开关元件的高电位侧主端子电压，如果是既定电压值以上，就不驱动所述第一半导体开关元件。(专利技术效果)本专利技术的点火器用功率半导体装置，使搭载于集成电路内的所述第二半导体开关元件先于使点火线圈的初级电流通电/切断的所述第一半导体开关元件通电。由此所述第一半导体开关元件在导通之前探测电源的过电压发生，能够事先进行切断，不会发生无谓的焦耳损失。此外，搭载于所述集成电路内的所述第二半导体开关元件通电，从而所述第三半导体开关元件导通，因此不需要另外准备偏置源等以外，能够容易实现同一集成电路内与控制电路的接口。附图说明图1是说明本专利技术实施例1的构成的电路图。图2是用于说明本专利技术实施例1中的集电极电压检测单元即第二半导体开关元件和第三半导体开关元件的动作的等效电路。图3是本专利技术实施例1中的集成电路的剖面结构图。图4是说明本专利技术实施例1的动作的时序图。图5是说明本专利技术实施例1的动作的图4的时序图中的局部放大图。图6是说明本专利技术实施例1的变形例的电路图。图7是说明本专利技术实施例1的其它变形例的电路图。图8是说明本专利技术第二实施例的构成的电路图。图9是说明本专利技术第三实施例的构成的电路图。图10是说明本专利技术第四实施例的构成的电路图。图11是说明本专利技术第四实施例的动作的时序图。具体实施例方式实施例1图1示出本专利技术的点火系统的一个实施例。在图1的点火系统中，点火线圈6的初级线圈61的一端与电池等电源Vbat连接，另一端与点火器用功率半导体装置5连接。此外，次级线圈62的一端同样与电源Vbat连接，另一端与一端接地的火花塞7连接。再有， ECUl输出驱动半导体开关元件41的控制输入信号到所述点火器用功率半导体装置5。其中，点火器用功率半导体装置5具备第一半导体开关元件4，其包含对初级线圈61上所流的电流进行通电/切断的主IGBT41 ；以及集成电路3，该集成电路3根据来自 EOTl的控制输入信号和其它动作条件驱动控制主IGBT41。作为第一半导体开关元件4的主要构成要素的主IGBT41中，作为电极端子除了一般的集电极、发射极、栅极以外，为了探测集电极电流Ic，采用使比例(例如1/1000左右) 于该集电极电流Ic的电流流过的读出发射极。进而，以浪涌电压保护为目的的齐纳二极管 42反向连接在集电极和栅极之间。此外，作为第二半导体开关元件，在所述集成电路3内单片地集成有由副IGBT35 和晶闸管结构元件300构成的集电极电压检测单元2，该晶闸管结构元件300由第三开关元件的Pnp晶体管33及npn晶体管34构成。所述副IGBT35的集电极端子和所述晶闸管结构元件300的一个主端子即所述pnp晶体管33的发射极端子与所述主IGBT41的集电极端子连接。而且在构成所述晶闸管结构元件300的所述npn晶体管34的基极端子和所述pnp 晶体管33的集电极端子的连接点连接有串联连接齐纳二极管的箝位单元36。由此，所述晶闸管结构元件300的另一主端子即所述npn晶体管34的发射极端子的输出电压最大限制至(所述箝位单元36的箝位电压)_(所述npn晶体管34的Vbe电压)。接着参照图2及图3，说明所述集电极电压检测单元2的详细结构。图2中，所述副IGBT35能由NchMOS晶体本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种点火器用功率半导体装置，具有对点火线圈的初级电流进行通电／切断的第一半导体开关元件和驱动控制所述半导体开关元件的集成电路，其特征在于，所述集成电路包括：第二半导体开关元件，在所述第一半导体开关元件的主端子间并联连接，且电流容量小于所述第一半导体开关元件；延迟单元，使驱动所述第一及第二半导体开关元件的控制输入信号延迟，并使所述第二半导体开关元件先于所述第一半导体开关元件通电；第三半导体开关元件，具有晶闸管结构，其一个主端子与所述第二半导体开关元件的高电位侧主端子连接，通过所述第二半导体开关元件通电时流过的主电流的一部分来使主端子间导通；以及第一过电压探测单元，利用所述第三半导体开关元件的导通来监视所述第二半导体开关元件的高电位侧主端子电压，如果是既定电压值以上，就不驱动所述第一半导体开关元件。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：神户伸介，安田幸央，河本厚信，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP
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