用于先進(jìn)分布式點(diǎn)火系統(tǒng)的智能IGBTS

1、第 1 頁 共 5 頁用于先進(jìn)分布式點(diǎn)火系統(tǒng)的智能用于先進(jìn)分布式點(diǎn)火系統(tǒng)的智能 igbts近幾十年引擎和變速控制領(lǐng)域進(jìn)展十分快速， 這種進(jìn)展是由無數(shù)因素驅(qū)動的。在高性能引擎中，不僅平穩(wěn)停機(jī)、低噪聲、低震驚很重要，而且降低燃料消耗和削減排放的要求也要滿足。80 年月汽車領(lǐng)域中機(jī)械系統(tǒng)被系統(tǒng)所取代，沒有它的話，今日的直噴系統(tǒng)也就不行能實(shí)現(xiàn)的。第一代電子控制模塊著重強(qiáng)調(diào)了功能的實(shí)現(xiàn)（噴射、點(diǎn)火、lambda控制等） ， 但是現(xiàn)在的焦點(diǎn)集中在帶有更高級別集成度和復(fù)雜度的優(yōu)化成本的劃分上。這種集成的趨勢給點(diǎn)火系統(tǒng)帶來了無數(shù)革新。 這篇文章從技術(shù)和市場的角度解釋了英飛凌科技采納了片上芯片技術(shù)的智能點(diǎn)火是如

2、何為進(jìn)一步的點(diǎn)火優(yōu)化提供一種全新的解決計(jì)劃。汽車點(diǎn)火系統(tǒng)的進(jìn)展和演變在無數(shù)汽車子系統(tǒng)里面，機(jī)械解決計(jì)劃已經(jīng)徹低被電子解決計(jì)劃所取代。這篇文章將具體的研究電子點(diǎn)火系統(tǒng)的進(jìn)展（表 1）。表 1，電子點(diǎn)火系統(tǒng)的進(jìn)展對于四缸發(fā)動機(jī)，早期的基于晶體管的點(diǎn)火系統(tǒng)采納有兩個功率輸出級的雙點(diǎn)火線圈（這種狀況在目前的低檔產(chǎn)品中仍有應(yīng)用）。在某些狀況下這種系統(tǒng)是不夠的?，F(xiàn)代的帶有汽缸交迭和多值控制的內(nèi)燃機(jī)不允許在排氣沖程舉行點(diǎn)火。這種發(fā)動機(jī)每個汽缸都需要單獨(dú)的線圈 (插頭線圈)或筆狀線圈來點(diǎn)火。進(jìn)一步把功率開關(guān)合并到這個筆狀線圈或者插頭線圈上，這樣就產(chǎn)第 2 頁 共 5 頁生了一種性能顯著提高的機(jī)械電子系統(tǒng)。 把

3、點(diǎn)火開關(guān)放到筆狀線圈上有下列的優(yōu)點(diǎn)：1、去除了高控制線和高壓點(diǎn)火電纜可以降低點(diǎn)火過程中的電磁干擾；2、 去除高點(diǎn)火電纜可以降低成本，提高牢靠性；3、 去掉點(diǎn)火開關(guān)可以降低中心 ecu 的能量消耗。這種簇?fù)硎近c(diǎn)火模型的驅(qū)動和診斷可以由來自中心 ecu 的低電流驅(qū)動器或來提供。同樣的點(diǎn)火線圈可以用法在任何數(shù)量的引擎汽缸上。 當(dāng)用法智能的筆狀線圈或者插頭線圈時， 汽車創(chuàng)造商就有可能創(chuàng)造出一種標(biāo)準(zhǔn)的點(diǎn)火線圈，而且這種線圈對全部的引擎模型都是適用的。簇?fù)硎近c(diǎn)火輸出級的需求相對于 ecu 上的點(diǎn)火輸出級，簇?fù)硎近c(diǎn)火輸出級（挺直在筆狀線圈或插頭線圈里面或上面）對于功率電子器件不但有不同的要求，而且在無數(shù)狀況

4、下這種要求更為苛刻（表 2）。表 2，ecu 上的輸出級和簇?fù)硎捷敵黾壍谋容^機(jī)械電子式的點(diǎn)火模塊挺直安裝在引擎上，所以很簡單受周圍高達(dá)140的環(huán)境溫度（發(fā)動機(jī)的冷卻劑維持著低于 140的溫度）和很高的震驚力的影響。這就對點(diǎn)火模塊的用法壽命和牢靠性提出了巨大的挑戰(zhàn)。另外，筆狀線圈或者插頭線圈常常用法密封的結(jié)構(gòu)，這使得集成的功率開關(guān)的冷卻變得十分困難。對于這種應(yīng)用來說，必需保證在第 3 頁 共 5 頁175的最高結(jié)合溫度下全部電子器件正常工作。因?yàn)?ecu 和點(diǎn)火模塊的距離可能有幾米遠(yuǎn)， 所以半導(dǎo)體和點(diǎn)火線圈的庇護(hù)以及診斷就必需由點(diǎn)火模塊來提供。 這就意味著在點(diǎn)火模塊中又增強(qiáng)了復(fù)雜度。 為了簡化電

5、纜以及削減點(diǎn)火模塊接口的數(shù)量， 多路復(fù)用管腳的用法就成了首選。 但是， 多路復(fù)用管腳又需要將更多的電子器件集成到點(diǎn)火開關(guān)中。 全部的這些特點(diǎn)都需要更多的空間來實(shí)現(xiàn)， 于是有限的安放空間就成為簇?fù)硎近c(diǎn)火輸出級的主要設(shè)計(jì)因素之一。 用片上芯片技術(shù)生產(chǎn)的靈巧型 igbt 就可能滿足對空間的嚴(yán)格要求。表 3，各種點(diǎn)火輸出級的比較圖 1，芯片疊加技術(shù)中的智能型 igbt智能型 igbt智能型 igbt 可以實(shí)現(xiàn)單片集成， 將功率和控制電路制作在同一個硅片上。功率芯片和控制芯片也可以分離制作，然后再裝進(jìn)同一個封裝中。 目前將附加功能的電路元件集成到 igbt 功率開關(guān)電路中的嘗試還很有限，由于這種做法并不

6、是行業(yè)的進(jìn)展趨勢。由于功率元件技術(shù)（igbt）和規(guī)律電路技術(shù)（bcd）是很不相容的，這兩種技術(shù)的集成將導(dǎo)致半導(dǎo)體制作工藝變得復(fù)雜而且往往越發(fā)昂貴。英飛凌挑選了另一種方法用法兩種自立的技術(shù)。這樣做更適合功率開關(guān)（igbt 技術(shù)）和控制/診斷電路（bcd 技術(shù)）的最優(yōu)化、更適合系統(tǒng)以高性價比實(shí)現(xiàn)其他須要的功能。依據(jù)不同的應(yīng)用要求，標(biāo)準(zhǔn)的 igbt 加上片外的控制/診斷部分， 或者智能型 igbt 加上集成的控制/診斷電路都可以成為抱負(fù)的設(shè)計(jì)計(jì)劃。帶庇護(hù)的達(dá)林頓晶體管（智能第 4 頁 共 5 頁型雙極晶體管） 曾經(jīng)被應(yīng)用在一些早期的點(diǎn)火系統(tǒng)中， 但這種技術(shù)并不能滿足先進(jìn)點(diǎn)火系統(tǒng)對電流和其他方面的要求

7、。芯片疊加技術(shù)在汽車領(lǐng)域已經(jīng)用法了 15 年以上。通過利用芯片的第三維方向，智能型 igbt 可將需要的全部功能電路裝在一個 to-220（或to-263）封裝中。在現(xiàn)代點(diǎn)火系統(tǒng)中， 功率輸出級在實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能的同時還實(shí)現(xiàn)一些庇護(hù)和診斷功能， 以滿足用戶和政府的要求。 這些功能使得系統(tǒng)能符合排放標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)燃料節(jié)省，達(dá)到更高的舒服度和牢靠性。庇護(hù)和診斷的內(nèi)容包括以下的方面：限流、關(guān)斷定時器、電流反饋、電壓反饋、無火花關(guān)斷、過熱庇護(hù)、雙向電流接口、離子流信號調(diào)整。這些功能可以部分或所有實(shí)現(xiàn)以滿足終于端用戶的需要和政 府的要求。在上述智能型 igbt 中，有源齊納擊穿箝位、靜電庇護(hù)和功率開關(guān)等基本功能

8、都在底層標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)火 igbt 芯片上實(shí)現(xiàn)。 更為復(fù)雜的功能電路則集成在頂層芯片（用 bcd 工藝制作）中。作為例子，圖 2 表示了部分可用到的功能。圖 2，智能型 igbt 模塊原理圖系統(tǒng)比較有一些辦法可在筆狀線圈中實(shí)現(xiàn)“智能”。下面討論了三種不同的智能型點(diǎn)火模塊設(shè)計(jì)的例子。 在陶瓷襯底上的電子器件（混合型）標(biāo)準(zhǔn)的 igbt 和實(shí)現(xiàn)智能特征所需的全部的附加器件以芯片（未封裝的芯片）的形式被安裝在陶瓷襯底上并連線。完整的系統(tǒng)可以放入第 5 頁 共 5 頁合適的封裝，或者挺直放入線圈體。 在上安裝電子器件傳統(tǒng)的辦法是將經(jīng)過封裝的標(biāo)準(zhǔn)的 igbt 和庇護(hù)器件安放在高溫的pcb 板上，這樣它們就可以根據(jù)上面所描述的舉行封裝了。 智能型 igbt用法片上芯片技術(shù)在單個的to220或to263封裝里安裝功率開關(guān)和規(guī)律芯片（為了全部的庇護(hù)、驅(qū)動和診斷功能）。用法采納片上芯片技術(shù)的智能型 igbt 只用法了少數(shù)的無源器件削減了需要的附加電子器件的數(shù)目。相反，標(biāo)準(zhǔn) igbt 則用法外部的驅(qū)動和庇護(hù)電路。 器件的削減增強(qiáng)了系統(tǒng)的牢靠性， 而且削減了在點(diǎn)火線圈中實(shí)現(xiàn)智能功能所需的空間。點(diǎn)火 igbt 具有精彩的高壓特性、強(qiáng)度和高電流處理能力，可以十分好的適合于汽車點(diǎn)火應(yīng)用。 盡管 igbt 和診斷電路的結(jié)合可以使點(diǎn)火系統(tǒng)越發(fā)智能