特開 2024-76167 半導体装置およびイグニッションシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024076167

(43)【公開日】2024-06-05

(54)【発明の名称】半導体装置およびイグニッションシステム

(51)【国際特許分類】

   H03K 17/04 20060101AFI20240529BHJP

   F02P 3/04 20060101ALI20240529BHJP

   H03K 17/08 20060101ALI20240529BHJP

   H03K 17/567 20060101ALI20240529BHJP

【ＦＩ】

H03K17/04 Z

F02P3/04 301F

F02P3/04 304A

H03K17/08

H03K17/567

【審査請求】未請求

【請求項の数】18

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022187590

(22)【出願日】2022-11-24

(71)【出願人】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002918

【氏名又は名称】弁理士法人扶桑国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】川島 鉄也

【テーマコード（参考）】

3G019

5J055

【Ｆターム（参考）】

3G019FA04

3G019FA11

3G019GA02

5J055AX04

5J055AX34

5J055AX53

5J055AX56

5J055AX64

5J055AX65

5J055BX16

5J055CX13

5J055DX09

5J055EX07

5J055EY01

5J055EY05

5J055EY12

5J055EY21

5J055FX04

5J055FX12

5J055FX13

5J055FX21

5J055FX32

(57)【要約】

【課題】ゲート制御端子電圧が異なる場合でも、パワー半導体スイッチを流れる電流の遮断時間の変動を抑制する。
【解決手段】半導体装置１は、パワー半導体スイッチ１ａ、ゲート制御端子ｇａおよびプルダウン抵抗回路１ｂを有する。パワー半導体スイッチ１ａ、ゲート制御端子ｇａおよびプルダウン抵抗回路１ｂは、同一チップ上に集積化される。ゲート制御端子ｇａは、パワー半導体スイッチ１ａのゲートに印加されてパワー半導体スイッチ１ａをスイッチングさせる制御信号が入力される。プルダウン抵抗回路１ｂは、ゲート制御端子ｇａに印加される制御信号にもとづくゲート制御端子電圧Ｖｇにより駆動する。また、プルダウン抵抗回路１ｂは、パワー半導体スイッチ１ａを制御信号によってオンからオフさせる際に、ゲート制御端子電圧Ｖｇの電圧値が高いほど、低いプルダウン抵抗値にもとづいてパワー半導体スイッチ１ａのゲートからゲート電荷を引き抜く。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

パワー半導体スイッチと、
前記パワー半導体スイッチのゲートに印加されて前記パワー半導体スイッチをスイッチングさせるハイレベルおよび前記ハイレベルより低いローレベルの制御信号が入力されるゲート制御端子と、
前記ゲート制御端子に印加される前記制御信号にもとづくゲート制御端子電圧により駆動し、前記パワー半導体スイッチをオンからオフさせる際に、前記パワー半導体スイッチのゲートからゲート電荷を引き抜くプルダウン抵抗回路と、
を備え、
前記プルダウン抵抗回路は、
前記ハイレベルの前記ゲート制御端子電圧が第１の電圧値の場合に、第１のプルダウン抵抗値で前記ゲート電荷の引き抜きを開始し、
前記ハイレベルの前記ゲート制御端子電圧が前記第１の電圧値より低い第２の電圧値の場合に、前記第１のプルダウン抵抗値よりも高い抵抗値の第２のプルダウン抵抗値で前記ゲート電荷の引き抜きを開始する、
半導体装置。

【請求項2】

前記ゲート制御端子の電圧が低下するに応じて、前記第１のプルダウン抵抗値および前記第２のプルダウン抵抗値からプルダウン抵抗値が高くなる、
請求項１記載の半導体装置。

【請求項3】

前記ゲート電荷の引き抜きを開始した後、前記ゲート制御端子の電圧が所定の電圧値を下回ると前記第２のプルダウン抵抗値よりも高い抵抗値の第３のプルダウン抵抗値で前記ゲート電荷を引き抜く、
請求項１または２記載の半導体装置。

【請求項4】

前記制御信号は、ゲート抵抗を介して前記パワー半導体スイッチのゲートに印加され、
前記プルダウン抵抗回路は、第１の抵抗、第２の抵抗およびＭＯＳトランジスタを含み、
前記第１の抵抗の一端は、前記ゲート制御端子と、前記ゲート抵抗を介して前記パワー半導体スイッチのゲートとに接続され、前記第１の抵抗の他端は、前記第２の抵抗の一端に接続され、
前記ＭＯＳトランジスタは、前記第２の抵抗と並列に接続され、
前記ＭＯＳトランジスタの制御電極に前記ゲート制御端子電圧にもとづく電圧が印加される、
請求項１または２記載の半導体装置。

【請求項5】

前記プルダウン抵抗回路の前記第１のプルダウン抵抗値および前記第２のプルダウン抵抗値は、前記第１の抵抗、前記第２の抵抗および前記ＭＯＳトランジスタのオン抵抗による合成抵抗値であり、前記第３のプルダウン抵抗値は、前記第１の抵抗、および前記第２の抵抗による合成抵抗値である、
請求項３記載の半導体装置。

【請求項6】

前記プルダウン抵抗回路は、前記ゲート制御端子と前記パワー半導体スイッチの低電位端子との間に直列接続された第１の分圧抵抗と第２の分圧抵抗をさらに有し、前記制御電極は、前記第１の分圧抵抗と前記第２の分圧抵抗との接続点に接続され、前記第１の分圧抵抗と前記第２の分圧抵抗の合成抵抗値は、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗の合成抵抗値よりも大きい、
請求項３記載の半導体装置。

【請求項7】

前記第１の分圧抵抗と前記第２の分圧抵抗の合成抵抗値は、前記第１のプルダウン抵抗値の１０倍以上である、請求項６に記載の半導体装置。

【請求項8】

前記パワー半導体スイッチ、前記ゲート制御端子および前記プルダウン抵抗回路は、同一半導体基板上に形成される、請求項１記載の半導体装置。

【請求項9】

前記制御信号を出力する制御回路が前記ゲート制御端子に接続され、前記制御回路は、出力段に出力コンデンサを有し、前記出力コンデンサを充電して高電位の前記制御信号を出力し、前記出力コンデンサを放電して低電位の前記制御信号を出力する、
請求項１記載の半導体装置。

【請求項10】

パワー半導体スイッチと、前記パワー半導体スイッチのゲートに印加されて前記パワー半導体スイッチをスイッチングさせるハイレベルおよび前記ハイレベルより低いローレベルの制御信号が入力されるゲート制御端子と、
前記ゲート制御端子に印加される前記制御信号にもとづくゲート制御端子電圧により駆動し、前記パワー半導体スイッチをオンからオフさせる際に、前記パワー半導体スイッチのゲートからゲート電荷を引き抜くプルダウン抵抗回路と
を備えるイグナイタと、
前記パワー半導体スイッチによって発生させた電圧を増幅する点火コイルと、
前記点火コイルから出力される電圧にもとづいて放電する点火プラグと、
を有し、
前記プルダウン抵抗回路は、
前記ハイレベルの前記ゲート制御端子電圧が第１の電圧値の場合に、第１のプルダウン抵抗値で前記ゲート電荷の引き抜きを開始し、
前記ハイレベルの前記ゲート制御端子電圧が前記第１の電圧値より低い第２の電圧値の場合に、前記第１のプルダウン抵抗値よりも高い第２のプルダウン抵抗値で前記ゲート電荷の引き抜きを開始する、
イグニッションシステム。

【請求項11】

前記ゲート制御端子の電圧が低下するに応じて、前記第１のプルダウン抵抗値および前記第２のプルダウン抵抗値からプルダウン抵抗値が高くなる、
請求項１０記載のイグニッションシステム。

【請求項12】

前記ゲート電荷の引き抜きを開始した後、前記ゲート制御端子電圧が所定の電圧値を下回ると前記第２のプルダウン抵抗値よりも高い抵抗値の第３のプルダウン抵抗値で前記ゲート電荷を引き抜く、
請求項１０または１１記載のイグニッションシステム。

【請求項13】

前記制御信号は、ゲート抵抗を介して前記パワー半導体スイッチのゲートに印加され、
前記プルダウン抵抗回路は、第１の抵抗、第２の抵抗およびＭＯＳトランジスタを含み、
前記第１の抵抗の一端は、前記ゲート制御端子と、前記ゲート抵抗を介して前記パワー半導体スイッチのゲートとに接続され、前記第１の抵抗の他端は、前記第２の抵抗の一端に接続され、
前記ＭＯＳトランジスタは、前記第２の抵抗と並列に接続され、
前記ＭＯＳトランジスタの制御電極に前記ゲート制御端子電圧にもとづく電圧が印加される、
請求項１０または１１記載のイグニッションシステム。

【請求項14】

前記プルダウン抵抗回路の前記第１のプルダウン抵抗値および前記第２のプルダウン抵抗値は、前記第１の抵抗、前記第２の抵抗および前記ＭＯＳトランジスタのオン抵抗による合成抵抗値であり、前記第３のプルダウン抵抗値は、前記第１の抵抗および前記第２の抵抗による合成抵抗値である、
請求項１２記載のイグニッションシステム。

【請求項15】

前記プルダウン抵抗回路は、前記ゲート制御端子と前記パワー半導体スイッチの低電位端子との間に直列接続された第１の分圧抵抗と第２の分圧抵抗をさらに有し、前記制御電極は、前記第１の分圧抵抗と前記第２の分圧抵抗との接続点に接続され、前記第１の分圧抵抗と前記第２の分圧抵抗の合成抵抗値は、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗の合成抵抗値よりも大きい、
請求項１２記載のイグニッションシステム。

【請求項16】

前記第１の分圧抵抗と前記第２の分圧抵抗の合成抵抗値は、前記第１のプルダウン抵抗値の１０倍以上である、請求項１５に記載のイグニッションシステム。

【請求項17】

前記パワー半導体スイッチ、前記ゲート制御端子および前記プルダウン抵抗回路は、同一半導体基板上に形成される、請求項１０記載のイグニッションシステム。

【請求項18】

前記制御信号を出力する制御回路が前記ゲート制御端子に接続され、前記制御回路は、出力段に出力コンデンサを有し、前記出力コンデンサを充電して高電位の前記制御信号を出力し、前記出力コンデンサを放電して低電位の前記制御信号を出力する、
請求項１０記載のイグニッションシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関の点火コイルの通電制御を行う半導体装置およびイグニッションシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、高機能のイグニッションシステムの開発が進んでいる。イグニッションシステムでは、車両エンジン等の内燃機関の点火コイルに通電される電流を制御するイグナイタと呼ばれる半導体装置が、ＥＣＵ（電子制御ユニット：Electronic Control Unit）からの制御にもとづいて、点火コイルを介して点火プラグの放電（点火）を行う。

【0003】

図９はイグニッションシステムの概略構成を示す図である。イグニッションシステム１００は、イグナイタ１１０、点火コイル２、点火プラグ３、ＥＣＵ４およびバッテリＢａを備える。点火コイル２は、１次側コイルＬ１と、２次側コイルＬ２とを含む。

【0004】

また、イグナイタ１１０は、ゲート制御端子（Gate）、コレクタ端子（Collector）およびエミッタ端子（Emitter）を有し、パワー半導体スイッチとしてＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ゲート抵抗Ｒｇ、プルダウン抵抗ＲｐｕｌｌおよびツェナーダイオードＺＤ１、ＺＤ２を備える。

【0005】

点火コイル２の１次側コイルＬ１の一端および２次側コイルＬ２の一端は、バッテリＢａの正極端子に接続され、バッテリＢａの負極端子は１次側グランド（ＧＮＤ）に接続される。

【0006】

１次側コイルＬ１の他端は、電流のオン／オフを担うスイッチとしてのイグナイタ１１０のコレクタ端子に接続され、コレクタ端子は、ツェナーダイオードＺＤ１のカソードおよびＩＧＢＴのコレクタに接続される。２次側コイルＬ２の他端は、点火プラグ３の一端に接続され、点火プラグ３の他端は、２次側ＧＮＤに接続される。

【0007】

ＥＣＵ４の出力端子は、ゲート制御端子を介して、ゲート抵抗Ｒｇの一端およびプルダウン抵抗Ｒｐｕｌｌの一端に接続される。ゲート抵抗Ｒｇの他端は、ツェナーダイオードＺＤ２のカソードおよびＩＧＢＴのゲートに接続され、ツェナーダイオードＺＤ２のアノードは、ツェナーダイオードＺＤ１のアノードに接続される。ＩＧＢＴのエミッタおよびプルダウン抵抗Ｒｐｕｌｌの他端は、エミッタ端子を介して１次側ＧＮＤに接続される。

【0008】

イグナイタ１１０は、ゲート制御端子にＥＣＵ４からの制御信号が入力されると、ゲート抵抗Ｒｇを介してＩＧＢＴをオンして１次側コイルＬ１に１次電流を流す。制御信号が所定時間印加されると、ＥＣＵ４は制御信号をオフし、イグナイタ１１０内のＩＧＢＴをオフさせて点火コイル２の１次電流は遮断に向かう。

【0009】

１次側コイルＬ１を流れる１次電流が遮断すると、ＩＧＢＴのコレクタ電圧が上昇するので、１次側コイルＬ１と２次側コイルＬ２の巻き数比に応じた高電圧が２次側コイルＬ２に発生し、ＩＧＢＴのオン状態からオフ状態へのスイッチング時に点火プラグ３がスパークして点火する。

【0010】

関連する技術としては、例えば、電圧制御型半導体素子のターンオフ動作時に蓄積されたゲート電荷をグランドに放電させる能動素子を、電圧制御型半導体素子のゲートに接続されたゲート配線に介挿されたゲート側の抵抗とゲートとの間に接続したイグナイタが提案されている（特許文献１）。また、点火プラグに火花放電を発生させるためのタイミングを制御し、イグナイタを駆動させるために要する電流および電圧を出力する回路構成を有するＥＣＵが提案されている（特許文献２）。さらに、蓄電素子の残電圧の放電時に蓄電素子に並列接続される放電抵抗の合成抵抗値を減少させるように、複数のスイッチ素子の動作状態を制御する放電回路が提案されている（特許文献３）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特開２０１６－１７５１２号公報

【特許文献2】特開２００８－４５５１４号公報

【特許文献3】特開２０１５－１９４６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

上記のようなイグナイタ１１０は、ＥＣＵ４から送信される制御信号が入力するゲート制御端子の入力電圧（ゲート制御端子電圧）にもとづいて、イグナイタ１１０内の回路が駆動する構成になっている（電源電圧とＩＧＢＴの駆動信号とを兼用する構成になっている）。

【0013】

また、イグナイタ１１０には、ＩＧＢＴがオフしたときにゲート電荷を引き抜くためのプルダウン抵抗Ｒｐｕｌｌがゲート制御端子とエミッタ端子間に接続されており、ＩＧＢＴのオフ時に、プルダウン抵抗Ｒｐｕｌｌでゲート電荷を放電させて、ＩＧＢＴをオフさせる構成になっている。

【0014】

ここで、ＥＣＵ４の内部出力段に出力コンデンサが接続されている場合、出力コンデンサの電荷およびＩＧＢＴのゲート電荷は、プルダウン抵抗Ｒｐｕｌｌを介して放電されることで、ＩＧＢＴがオフし、点火コイル２の１次電流は遮断に向かうことになる。

【0015】

このように、ＥＣＵ４からの制御信号のオフから、点火プラグ３を放電させるためにＩＧＢＴをオフさせるまでの遮断時間（１次電流が遮断に要する時間）は、ＥＣＵ４の電源電圧によって充電されるＥＣＵ４内の出力コンデンサの電荷量と、プルダウン抵抗Ｒｐｕｌｌの抵抗値とで決まる。

【0016】

このため、ゲート制御端子に接続されるＥＣＵ４の制御信号のオン時の電圧に応じて、ＩＧＢＴで制御される１次電流の遮断時間が変化してしまい、これにより、点火タイミングにずれが生じて安定した動作を行うことが困難になるという問題がある。

【0017】

１つの側面では、本発明は、ゲート制御端子電圧が異なる場合でも、パワー半導体スイッチを流れる電流の遮断時間の変動の抑制を図った半導体装置、およびゲート制御端子電圧が異なる場合でも、パワー半導体スイッチを流れる電流の遮断時間の変動を抑えて、点火タイミングのずれの抑制を図ったイグニッションシステムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0018】

上記課題を解決するために、半導体装置が提供される。半導体装置は、パワー半導体スイッチ、ゲート制御端子およびプルダウン抵抗回路を有する。ゲート制御端子は、パワー半導体スイッチのゲートに印加されてパワー半導体スイッチをスイッチングさせるハイレベルおよびハイレベルより低いローレベルの制御信号が入力される。プルダウン抵抗回路は、ゲート制御端子に印加される制御信号にもとづくゲート制御端子電圧により駆動し、パワー半導体スイッチをオンからオフさせる際に、ゲート制御端子電圧の電圧値が高いほど、低いプルダウン抵抗値にもとづいてパワー半導体スイッチのゲートからゲート電荷を引き抜く。

【0019】

また、上記課題を解決するために、イグニッションシステムが提供される。イグニッションシステムは、イグナイタ、点火コイルおよび点火プラグを有する。また、イグナイタは、パワー半導体スイッチ、ゲート制御端子およびプルダウン抵抗回路を有する。ゲート制御端子は、パワー半導体スイッチのゲートに印加されてパワー半導体スイッチをスイッチングさせるハイレベルおよびハイレベルより低いローレベルの制御信号が入力される。プルダウン抵抗回路は、ゲート制御端子に印加される制御信号にもとづくゲート制御端子電圧により駆動し、パワー半導体スイッチをオンからオフさせる際に、ゲート制御端子電圧の電圧値が高いほど、低いプルダウン抵抗値にもとづいてパワー半導体スイッチのゲートからゲート電荷を引き抜く。点火コイルは、パワー半導体スイッチによって発生させた電圧を増幅する。点火プラグは、点火コイルから出力される電圧にもとづいて放電する。

【発明の効果】

【0020】

ゲート制御端子のオン時の電圧が異なる場合でも、パワー半導体スイッチを流れる電流の遮断時間の変化を抑制することが可能になる。また、ゲート制御端子のオン時の電圧が異なる場合でも、パワー半導体スイッチを流れる電流の遮断時間の変化を抑えて、点火タイミングのずれを抑制することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の半導体装置を説明するための図である。

【図2】イグニッションシステムの構成の一例を示す図である。

【図3】ＥＣＵの構成の一例を示す図である。

【図4】遮断時間の一例を示す図である。

【図5】遮断時間の一例を示す図である。

【図6】遮断時間のゲート制御端子電圧依存性の一例を示す図である。

【図7】プルダウン抵抗値と遮断時間との関係の一例を示す図である。

【図8】プルダウン抵抗値と遮断時間との関係の一例を示す図である。

【図9】イグニッションシステムの概略構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の半導体装置を説明するための図である。半導体装置１は、パワー半導体スイッチ１ａ、ゲート制御端子ｇａおよびプルダウン抵抗回路１ｂを有する。なお、パワー半導体スイッチ１ａ、ゲート制御端子ｇａおよびプルダウン抵抗回路１ｂは、同一チップ上に集積化される。

【0023】

ゲート制御端子ｇａは、パワー半導体スイッチ１ａのゲートに印加されてパワー半導体スイッチ１ａをスイッチングさせる制御信号が入力される。
プルダウン抵抗回路１ｂは、ゲート制御端子ｇａに印加される制御信号にもとづくゲート制御端子電圧Ｖｇにより駆動する。また、プルダウン抵抗回路１ｂは、パワー半導体スイッチ１ａを制御信号によってオンからオフさせる際に、ゲート制御端子電圧Ｖｇの電圧値が高いほど、低いプルダウン抵抗値にもとづいて、パワー半導体スイッチ１ａのゲートからゲート電荷を引き抜く。

【0024】

すなわち、制御信号によって、パワー半導体スイッチ１ａがオンからオフへ指示された場合に、ゲート制御端子電圧Ｖｇが第１の電圧であったとき、プルダウン抵抗回路１ｂは、第１のプルダウン抵抗値（低抵抗値）でパワー半導体スイッチ１ａのゲートからゲート電荷を引き抜く。

【0025】

また、制御信号によって、パワー半導体スイッチ１ａがオンからオフへ指示された場合に、ゲート制御端子電圧Ｖｇが第２の電圧であったとき（第２の電圧＜第１の電圧）、プルダウン抵抗回路１ｂは、第２のプルダウン抵抗値（高抵抗値）でパワー半導体スイッチ１ａのゲートからゲート電荷を引き抜く。

【0026】

このように、半導体装置１では、パワー半導体スイッチ１ａを制御信号によってオンからオフさせる際に、ゲート制御端子電圧Ｖｇの電圧値が高いほど、低いプルダウン抵抗値にもとづいて、パワー半導体スイッチ１ａのゲート電荷を引き抜く構成とした。これにより、ゲート制御端子電圧Ｖｇが異なる場合でも、パワー半導体スイッチ１ａを流れる電流の遮断時間の変動を抑制することが可能になる。

【0027】

＜イグニッションシステムの構成＞
次に半導体装置１の機能を有するイグニッションシステムについて以降詳しく説明する。図２はイグニッションシステムの構成の一例を示す図である。イグニッションシステム１－１は、イグナイタ１０、点火コイル２、点火プラグ３、ＥＣＵ４（制御回路）およびバッテリＢａを備える。点火コイル２は、１次側コイルＬ１と、２次側コイルＬ２とを含む。イグナイタ１０は、図１の半導体装置１の機能を有する。

【0028】

また、イグナイタ１０は、ワンチップイグナイタであり、ゲート制御端子（Gate）、コレクタ端子（Collector）およびエミッタ端子（Emitter）を有し、ＩＧＢＴ１１、電流制限回路１２、プルダウン抵抗回路１３、ゲート抵抗Ｒｇ、ダイオードＤｓｐｄ、ツェナーダイオードＺＤ１、ＺＤ２、センス抵抗ＲｓおよびＮチャネルのＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）であるＮＭＯＳトランジスタＭ１を備える。プルダウン抵抗回路１３は、図１のプルダウン抵抗回路１ｂの機能を有し、抵抗Ｒｄｉｖ１（第１の分圧抵抗）、抵抗Ｒｄｉｖ２（第２の分圧抵抗）、抵抗Ｒｐ１（第１の抵抗）、抵抗Ｒｐ２（第２の抵抗）、抵抗Ｒｐ３（第３の抵抗）およびＮＭＯＳトランジスタＭｐ１を含む。

【0029】

イグナイタ１０は、電源端子を有しておらず、ＥＣＵ４から送信される制御信号が入力するゲート制御端子の入力電圧（ゲート制御端子電圧）にもとづいて、イグナイタ１０内の回路が駆動する。

【0030】

各構成素子の接続関係について説明する。点火コイル２の１次側コイルＬ１の一端および２次側コイルＬ２の一端は、バッテリＢａの正極端子に接続され、バッテリＢａの負極端子は１次側ＧＮＤに接続される。

【0031】

１次側コイルＬ１の他端は、イグナイタ１０のコレクタ端子に接続され、コレクタ端子は、ツェナーダイオードＺＤ１のカソードおよびＩＧＢＴ１１のコレクタに接続される。２次側コイルＬ２の他端は、点火プラグ３の一端に接続され、点火プラグ３の他端は、２次側ＧＮＤに接続される。

【0032】

ＥＣＵ４の出力端子は、ゲート制御端子を介して、抵抗Ｒｄｉｖ１の一端、抵抗Ｒｐ１の一端、ゲート抵抗Ｒｇの一端、ダイオードＤｓｐｄのカソードおよび電流制限回路１２の電源端子に接続される。

【0033】

抵抗Ｒｄｉｖ１の他端は、ＮＭＯＳトランジスタＭｐ１のゲート（制御電極）および抵抗Ｒｄｉｖ２の一端に接続される。抵抗Ｒｐ１の他端は、抵抗Ｒｐ２の一端および抵抗Ｒｐ３の一端に接続され、抵抗Ｒｐ３の他端は、ＮＭＯＳトランジスタＭｐ１のドレインに接続される。

【0034】

ゲート抵抗Ｒｇの他端は、ダイオードＤｓｐｄのアノード、ＮＭＯＳトランジスタＭ１のドレイン、ツェナーダイオードＺＤ２のカソードおよびＩＧＢＴ１１のゲートに接続される。ツェナーダイオードＺＤ２のアノードは、ツェナーダイオードＺＤ１のアノードに接続される。

【0035】

ＩＧＢＴ１１のエミッタは、エミッタ端子を介して１次側ＧＮＤに接続される。また、エミッタ端子は、抵抗Ｒｄｉｖ２の他端、ＮＭＯＳトランジスタＭｐ１のソース、抵抗Ｒｐ２の他端、電流制限回路１２の接地端子、ＮＭＯＳトランジスタＭ１のソースおよびセンス抵抗Ｒｓの一端に接続される。

【0036】

ＩＧＢＴ１１のセンスエミッタは、センス抵抗Ｒｓの他端および電流制限回路１２の入力端子に接続され、電流制限回路１２の出力端子は、ＮＭＯＳトランジスタＭ１のゲートに接続される。

【0037】

ここで、イグナイタ１０は、ゲート制御端子にＥＣＵ４からの制御信号が入力されると、ゲート抵抗Ｒｇを介してＩＧＢＴのゲート電圧を上昇させる。このとき、ＩＧＢＴ１１がオンして、１次側コイルＬ１の１次電流が流れ、点火コイル２にエネルギが蓄えられる。制御信号が所定時間印加されると、ＥＣＵ４は制御信号をオフさせて、ＩＧＢＴ１１がオフすることで点火コイル２の１次電流は遮断に向かう。

【0038】

１次側コイルＬ１を流れる１次電流が遮断すると、ＩＧＢＴ１１のコレクタ電圧が上昇する。このとき、１次側コイルＬ１と２次側コイルＬ２の巻き数比が例えば、１：１００で、１次側のコレクタ電圧の上昇が２００Ｖである場合、２次側コイルＬ２では２０ｋＶの高電圧が発生する。このような動作により、ＩＧＢＴのオン状態からオフ状態へのスイッチング時に点火プラグ３がスパークして点火する。

【0039】

なお、コレクタ電圧の上昇は、イグナイタ１０内部のツェナーダイオードＺＤ１、ＺＤ２によりクランプされるので、上昇レベルはクランプ電圧で止まることになる。例えば、ツェナーダイオードＺＤ１、ＺＤ２の耐圧を４００Ｖとした場合、コレクタ電圧が４００Ｖまで上昇するとツェナーダイオードＺＤ１、ＺＤ２がブレークダウンするので、コレクタ電圧が４００Ｖのクランプ電圧で固定となる。

【0040】

一方、イグナイタ１０の電流制限回路１２は、ＩＧＢＴ１１に流れる電流を制限するための回路である。制御信号にもとづいてＩＧＢＴ１１がオンする場合、ＩＧＢＴ１１のセンスエミッタからセンス電流が出力される。このセンス電流が抵抗Ｒｓを流れることで生じる電位がセンス電流の検出信号として電流制限回路１２に入力される。

【0041】

電流制限回路１２では、センス電流の検出信号と基準電圧との比較を行って、ＩＧＢＴ１１が過電流状態であるか否かを検出する。ＩＧＢＴ１１が過電流状態であることを検出した場合、電流制限回路１２は、ＮＭＯＳトランジスタＭ１のゲートに過電流検出信号を出力する。ＮＭＯＳトランジスタＭ１は、過電流検出信号を受けるとオンし、ＩＧＢＴ１１のゲート電荷を放電させて、ＩＧＢＴ１１を流れる電流を制限する。プルダウン抵抗回路１３の動作については後述する。

【0042】

＜ＥＣＵの構成＞
図３はＥＣＵの構成の一例を示す図である。ＥＣＵ４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４１、ＰＮＰトランジスタＱ１および出力コンデンサＣ１を備える。ＣＰＵ４１の出力端子は、ＰＮＰトランジスタＱ１のベースに接続され、ＰＮＰトランジスタＱ１のコレクタには電源電圧Ｖ１が印加される。

【0043】

ＰＮＰトランジスタＱ１のエミッタは、ＥＣＵ４の出力端子ＯＵＴおよび出力コンデンサＣ１の一端に接続される。出力コンデンサＣ１の他端は、１次側ＧＮＤに接続される。ＥＣＵ４の出力端子ＯＵＴは、イグナイタ１０のゲート制御端子に接続され、出力端子ＯＵＴから制御信号が出力される。

【0044】

＜プルダウン抵抗回路による引抜き動作＞
本発明のイグナイタ１０は、図９に示したプルダウン抵抗Ｒｐｕｌｌが、プルダウン抵抗回路１３に置き換えられた構成を有している。

【0045】

プルダウン抵抗回路１３において、抵抗Ｒｐ１と抵抗Ｒｐ２は直列に接続されている。また、抵抗Ｒｐ１、抵抗Ｒｐ３およびＮＭＯＳトランジスタＭｐ１は直列に接続され、抵抗Ｒｐ３およびＮＭＯＳトランジスタＭｐ１は、抵抗Ｒｐ２に対して並列に接続されている。

【0046】

ここで、ＥＣＵ４からの制御信号がオンとなると、ゲート制御端子に電圧が印加され、ゲート抵抗Ｒｇを介してＩＧＢＴ１１のゲート電圧が上昇してＩＧＢＴ１１がオンし、点火コイル２に１次電流が流れる。オン動作中のゲート制御端子電圧は、ＥＣＵ４の電源電圧Ｖ１に対して、イグナイタ１０の消費電流とＰＮＰトランジスタＱ１のオン抵抗で電圧降下した電圧であり、ＥＣＵ４の動作状態等で変動する。

【0047】

そして、所定時間通電されると、ＥＣＵ４の制御信号はオフとなり、ゲート制御端子電圧は、出力コンデンサＣ１の容量値とプルダウン抵抗回路１３の総抵抗値の時定数で低下し始める。

【0048】

ゲート制御端子電圧が低下すると、ダイオードＤｓｐｄとプルダウン抵抗回路１３を介して、ＩＧＢＴ１１のゲート電圧は放電を開始し、ＩＧＢＴ１１のゲート電圧が所定電圧まで低下すると１次電流は低下し始め、点火プラグ３は放電する。なお、ダイオードＤｓｐｄは、ＩＧＢＴ１１のターンオフを早めるためのスピードアップダイオードとしての機能を有する。

【0049】

ＩＧＢＴ１１がオンからオフに移行する場合のオフ期間の動作において、図９に示した従来のイグナイタ１１０では、プルダウン抵抗Ｒｐｕｌｌの抵抗値は一定のため、通電中のゲート制御端子電圧が高かった場合、出力コンデンサＣ１とプルダウン抵抗値で決まる放電時間は長くなり１次電流が遮断するまでの時間は長くなる。

【0050】

一方、プルダウン抵抗回路１３では、通電中のゲート制御端子電圧が高いと、ＮＭＯＳトランジスタＭｐ１が低いオン抵抗にてオンして、ＩＧＢＴ１１のゲート電荷は、抵抗Ｒｐ１、抵抗Ｒｐ２、抵抗Ｒｐ３および低オン抵抗のＮＭＯＳトランジスタＭｐ１を通じて放電する。また、ゲート制御端子電圧が低くなると、ＮＭＯＳトランジスタＭｐ１はオン抵抗が高くなるので、ＩＧＢＴ１１のゲート電荷は、抵抗Ｒｐ１、抵抗Ｒｐ２、抵抗Ｒｐ３および高オン抵抗のＮＭＯＳトランジスタＭｐ１を通じて放電することになる。

【0051】

よって、ゲート制御端子電圧が高い場合は、低抵抗値でＩＧＢＴ１１のゲート電荷が引き抜かれることになり、ゲート制御端子電圧が低い場合は、高抵抗値でＩＧＢＴ１１のゲート電荷が引き抜かれることになる。

【0052】

なお、抵抗Ｒｄｉｖ１、Ｒｄｉｖ２は、ゲート制御端子電圧を分圧した電圧をＮＭＯＳトランジスタＭｐ１のゲートに入力するものであり、ＩＧＢＴ１１のゲート電荷を引き抜くプルダウン抵抗ではない。このため、抵抗Ｒｄｉｖ１、Ｒｄｉｖ２でゲート電荷を引き抜く量を無視できるように、抵抗Ｒｄｉｖ１、Ｒｄｉｖ２の合成抵抗値は、抵抗Ｒｐ１と抵抗Ｒｐ２の合成抵抗値よりも十分に大きくなるように設定される。例えば、抵抗Ｒｄｉｖ１、Ｒｄｉｖ２の合成抵抗値は、抵抗Ｒｐ１と抵抗Ｒｐ２の合成抵抗値の１０倍以上に設定される。

【0053】

＜遮断時間の比較＞
次に図４、図５を用いて従来回路と本発明との遮断時間の比較について説明する。図４、図５は遮断時間の一例を示す図である。図４は従来のイグナイタ１１０の遮断時間の一例を示しており、図５は本発明のイグナイタ１０の遮断時間の一例を示している。

【0054】

波形Ｗ１、Ｗ１１は制御信号を示し、縦軸は電圧、横軸は時間である。波形Ｗ２、Ｗ１２はゲート制御端子電圧を示し、縦軸は電圧、横軸は時間である。波形Ｗ３、Ｗ１３は１次電流を示し、縦軸は電流、横軸は時間である。

【0055】

なお、波形Ｗ２、Ｗ１２、Ｗ３、Ｗ１３に対して、点線波形は高ＥＣＵ電圧（例えば、ＥＣＵ４の電源電圧Ｖ１が５Ｖ）の場合を示し、実線波形は低ＥＣＵ電圧（例えば、ＥＣＵ４の電源電圧Ｖ１が３．５Ｖ）の場合を示している。

【0056】

制御信号がＨレベルからＬレベルになって、ＩＧＢＴ１１がオンからオフへ指示された場合、ゲート制御端子電圧が下降し始める。ゲート制御端子電圧が所定レベルまで下降すると、ＩＧＢＴ１１がオンのときに流れていた１次電流も下降していく。

【0057】

ここで、従来のイグナイタ１１０の低ＥＣＵ電圧における１次電流の遮断時間ｔ１と、高ＥＣＵ電圧における１次電流の遮断時間ｔ２との時間差は時間ｔｄ１である。また、本発明のイグナイタ１０の低ＥＣＵ電圧における１次電流の遮断時間ｔ１１と、高ＥＣＵ電圧における１次電流の遮断時間ｔ１２との時間差は時間ｔｄ２であり、ｔｄ２＜ｔｄ１になっている。

【0058】

このように、本発明では、ゲート制御端子電圧が高いと、プルダウン抵抗回路１３の総抵抗値は低くなりゲート制御端子電圧の低下時の時定数を短くすることができる。このため、イグナイタ１０のゲート制御端子電圧が異なる場合でも、１次電流の遮断時間の変動を抑えて、点火タイミングのずれを抑制することができる。

【0059】

図６は遮断時間のゲート制御端子電圧依存性の一例を示す図である。縦軸は遮断時間、横軸はゲート制御端子電圧である。グラフｆ１は、従来のイグナイタ１１０の遮断時間のゲート制御端子電圧依存性を示し、グラフｆ２は、本発明のイグナイタ１０の遮断時間のゲート制御端子電圧依存性を示している。

【0060】

イグナイタ１０では、ゲート制御端子電圧が高い場合の遮断時間をイグナイタ１１０より短くすることができるので、図６に示すようにゲート制御端子電圧が低い場合の遮断時間に近づけることができる。

【0061】

＜プルダウン抵抗値と遮断時間との関係＞
次に図７、図８を用いて、プルダウン抵抗値と遮断時間との関係性について説明する。図７、図８はプルダウン抵抗値と遮断時間との関係の一例を示す図である。図７は従来のイグナイタ１１０のプルダウン抵抗値と遮断時間との関係の一例を示しており、図８は本発明のイグナイタ１０のプルダウン抵抗値と遮断時間との関係の一例を示している。

【0062】

波形Ｗａ１、Ｗｂ１は制御信号を示し、縦軸は電圧、横軸は時間である。波形Ｗａ２、Ｗｂ２はゲート制御端子電圧を示し、縦軸は電圧、横軸は時間である。波形Ｗａ３、Ｗｂ３はプルダウン抵抗値を示し、縦軸は抵抗値、横軸は時間である。波形Ｗａ４、Ｗｂ４は１次電流を示し、縦軸は電流、横軸は時間である。

【0063】

なお、点線波形は高ＥＣＵ電圧（例えば、ＥＣＵ４の電源電圧Ｖ１が５Ｖ）の場合を示し、実線波形は低ＥＣＵ電圧（例えば、ＥＣＵ４の電源電圧Ｖ１が３．５Ｖ）の場合を示している。

【0064】

波形Ｗａ３において、従来のイグナイタ１１０では、ゲート制御端子電圧によらずプルダウン抵抗Ｒｐｕｌｌの抵抗値は固定であり、低ＥＣＵ電圧における１次電流の遮断時間と、高ＥＣＵ電圧における１次電流の遮断時間との時間差は時間ｔｄ１１である。

【0065】

一方、波形Ｗｂ３において、本発明のイグナイタ１０では、ゲート制御端子電圧が高ＥＣＵ電圧の場合はプルダウン抵抗回路１３の抵抗値は低抵抗値となり、ゲート制御端子電圧が低ＥＣＵ電圧の場合はプルダウン抵抗回路１３の抵抗値は高抵抗値となる。このため、図８では、低ＥＣＵ電圧における１次電流の遮断時間と、高ＥＣＵ電圧における１次電流の遮断時間との時間差はほぼゼロになっており、ゲート制御端子電圧が異なる場合でも点火タイミングを揃えることができている。

【0066】

このように、本発明のイグニッションシステム１－１では、イグナイタ１０がＩＧＢＴ１１を制御信号によってオンからオフさせる際に、ゲート制御端子電圧の電圧値が高いほど、低いプルダウン抵抗値にもとづいて、ＩＧＢＴ１１のゲート電荷を引き抜く構成とした。これにより、ゲート制御端子電圧が異なる場合でも、ＩＧＢＴ１１を流れる１次電流の遮断時間の変動を抑えて、点火タイミングのずれを抑制することが可能になる。

【0067】

以上、実施の形態を例示したが、実施の形態で示した各部の構成は同様の機能を有する他のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や工程が付加されてもよい。さらに、前述した実施の形態のうちの任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。

【符号の説明】

【0068】

１ 半導体装置
１ａ パワー半導体スイッチ
１ｂ プルダウン抵抗回路
ｇａ ゲート制御端子
Ｖｇ ゲート制御端子電圧

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】