【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の点火装置に係り、さらに詳細には、点火コイルの駆動回路の実装技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種点火装置の従来例を、図１０〜図１２を用いて説明する。

【０００３】図１０は公知の内燃機関用点火装置の一例を示す説明図である。

【０００４】１００´は一次電流を通電・遮断するためのスイッチング素子１´を有するシリコンチップであり、スイッチング素子１´は、絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ（以下、ＩＧＢＴと略称する）１´より成る。 チップ１００´は、ＩＧＢＴ１´の端子としてゲート端子Ｇ（点火信号入力端子またはスイッチング制御信号入力端子とも称することもある）、一次コイル１０
（図１１参照）から電源Ｖ _Bへと接続されるコレクタ端子（一次コイル接続端子）Ｃ、グラウンド（以下、ＧＮ
Ｄと略称する）に接続されるエミッタ端子（ＧＮＤ端子）Ｅを備える。 なお、図１０においては、コレクタ端子Ｃはチップ１００´の裏面に設けて導電性フレーム（ベースと称することもある。図示省略）を介して外部の一次コイルと接続されるが、フレーム裏面にあるためその接続態様は図示省略してある。

【０００５】ＩＧＢＴ１´のゲート・エミッタ間とゲート・コレクタ間には、ＩＧＢＴを保護するための双方向ツェナダイオード（例えばポリシリコン）４，５が配設され、このツェナダイオードもチップ１００´内に含まれている。

【０００６】１０１はハイブリッド集積回路（以下、Ｈ
ｙＩＣと略称する）で、ＩＧＢＴ１´のチップ１００´
と別体に製作され、一次電流検出用の抵抗３´，電流制限回路２４を備える。 ワンチップ１００´のゲート端子Ｇ及びエミッタ端子Ｅはワイヤボンディング６を介してＨｙＩＣ１０１と電気的に接続される。

【０００７】ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット，
図示省略）から出力される点火信号は、ＨｙＩＣ１０１
に設けた中継端子Ｇ´及びチップ１００´のゲート端子Ｇを介してＩＧＢＴ１´のゲートに入力され、点火コイルの一次コイルに流れる一次電流が通電・遮断制御され、その二次側コイルに高電圧を発生させる。

【０００８】一次電流は、検出抵抗３´により電圧変換されて電流制限回路２４に入力され、電流制限回路２４
は一次電流検出値に基づきＩＧＢＴ１´のゲート信号（点火信号）の信号レベルを制御することで一次電流が設定値以上にならないように制限し、スイッチング素子（例えばＩＧＢＴ１´）を保護している。 従来のチップ１００´では、ゲートの保護のため、ゲート・エミッタ間に抵抗（約１０〜３０ＫΩ）を設ける場合もある。

【０００９】一次電流の検出方法として、一般には、既述したようにスイッチング素子１´のエミッタ端子ＥとＧＮＤの間に、数十ｍΩ〜数百ｍΩの抵抗３´を設けている。

【００１０】通常、この抵抗３´は、ＨｙＩＣ１０１の基板上に厚膜印刷で構成される場合が多い。 この場合、
一次電流が流れると、この電流検出抵抗３´で電圧がドロップし、スイッチング素子１´のコレクタ−エミッタ間に分担される電圧が減少する。 例えば、電流検出抵抗３´が１００ｍΩで一次電流が１０Ａの場合、電流検出部での電圧ドロップは１Ｖである（なお、図１１には、
図１０の点火駆動回路の各部に生じる電圧分布状態を示している）。 これにより、スイッチング素子の電流ドライブ能力も低下してしまうので、近年要求されている点火装置の大電流化には適さない。 また、電流検出用抵抗も電流耐量が必要であり大形化してしまうため、点火装置の小形化には適さない。 なお、このような問題を解決できれば、点火装置の大電流化は点火コイルの巻き数を減らしてコイルの小形，軽量化を図れる。

【００１１】以上の事情を配慮して、従来の技術には、
例えば、図１２に示すように、一次電流の通電・遮断を行うスイッチング素子（例えばＩＧＢＴ）１を、メイン電流を流すためのメインスイッチング部２５、一次電流検出用のサブ電流を流すためのサブスイッチング部２６
とで構成し、また、半導体チップ１００″により、上記のメインスイッチング部２５，２６に加えて一次電流検出抵抗３、電流制限回路２４、ゲート保護抵抗２２等をまとめてワンチップ（１チップ）に形成する点火装置が提案されている（例えば、特開平９−４２１２９号公報，特開平９−１７７６４７号公報）。

【００１２】ＩＧＢＴやＦＥＴ（電解効果形トランジスタ）によりメインスイッチング部２５とサブスイッチング部２６を構成した場合、そのセル構成だけで両者に流れる電流の分流比を容易に設定可能であり、点火のための大電流（一次電流）を流すメインスイッチング部２５
と、一次電流検出用の小電流を流すためのサブスイッチング部２６とをワンチップで構成できる。

【００１３】本従来例では、小電流を流すサブスイッチング部２６のエミッタとＧＮＤ間に電流検出抵抗３を設けることになり、メインの大電流を流す側のスイッチング部２５とＧＮＤ間に電流検出抵抗を設けなくともよいので、電流検出抵抗による通電中の電圧ドロップを発生させず、スイッチング素子１のコレクタ−エミッタ間の分担電圧を増やすことができる利点がある。 また、小電流を流し検出することから、電流検出抵抗の電流耐量を小さくして、抵抗の小型化ひいては電流検出抵抗をスイッチング素子の半導体中に構成することが可能となる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のように、メインスイッチング部２５，サブスイッチング部２
６と共に一次電流検出抵抗３や電流制限回路２４などをまとめてワンチップ化する方式は、同一仕様の単一機能（例えば電流制限回路のみ）を製品化するのには適しているが、特殊なニーズ、例えば、一次電流の情報を使って点火の診断を行なうような応用回路（機能拡張回路）
を後付けしようとしても、一次電流検出端子が電流制限回路２４と共にチップ内に内蔵されて外部引き出し構造となっていないために、その後付けが困難であった。 すなわち、電流検出抵抗３がチップ内にあること、および、この電流検出抵抗３で検出された電流情報はチップ内に構成した回路（この場合は電流制限回路２４）のみでしか活用できない。 かといって、新たに応用回路も含めたワンチップ１００を形成することはチップが大形化しコストがかかる。

【００１５】また、これに代えて、図１０に示すようなＩＧＢＴ単体のチップ１００´を用いて、応用回路との後付けをしようとすると、既述した電流検出部における電圧ドロップが点火装置の特性を妨げることになり、有効な対処をとりえなかった。

【００１６】本発明は以上の点に鑑みてなされ、その目的は、点火コイルの通電中に発生する一次電流検出部における電圧ドロップによるスイッチング素子のドライブ能力の低下を防止する要求を満足させながら、点火装置に一次電流情報（検出値）を有効に利用できる応用回路をニーズに応えて容易に後付けで接続可能にする内燃機関用点火装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解決するために、基本的には次のように構成される。

【００１８】ＥＣＵから出力される点火信号により点火コイルに流れる一次電流を通電・遮断制御してその二次側に高電圧を発生させる点火装置で、一次電流の通電・
遮断を行うスイッチング素子がメイン電流を流すためのメインスイッチング部と一次電流検出用のサブ電流を流すためのサブスイッチング部とを備え、一次電流検出値に基づき電流制限回路を介して一次電流を制御する内燃機関用点火装置において、前記メインスイッチング部と前記サブスイッチング部とが半導体チップによりワンチップにまとめて形成され、このワンチップに、チップ外部の接続対象と接続するための点火信号入力端子，一次コイル接続端子，ＧＮＤ端子，一次電流検出信号出力端子が配設されていることを特徴とする。

【００１９】上記構成によれば、既述したようにサブスイッチング部に流れる一次電流検出用の電流を分流により小電流化することが可能で、しかもサブスイッチング部とＧＮＤ間に検出抵抗を設けたので、メインスイッチング部に流れる電流の点火コイルの通電中に発生する電圧ドロップを小さくできる。

【００２０】さらに、サブスイッチング部，メインスイッチング部，点火信号入力端子，一次コイル接続端子，
ＧＮＤ端子を有するワンチップには、一次電流検出信号出力端子も該チップ外部の回路と接続可能に付加されているので、この一次電流検出信号出力端子以降に続く回路は、上記ワンチップに対して外付けで接続及び増設可能になる。 したがって、一次電流検出信号出力端子を介して外部の一次電流制限回路の他に、一次電流検出値を情報として利用するような応用回路（例えば、一次電流情報から、点火コイルの正常，異常を判別する診断回路のような機能拡張回路）も顧客のニーズに応えて任意に且つ容易に上記ワンチップに対し後付けで接続できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１〜図９
を用いて説明する。

【００２２】図１は本発明の一実施例に係る内燃機関用点火装置の点火駆動回路の構成を示す図である。 なお、
既述した図１０〜図１２に用いた符号と同一符号は同一或いは共通する要素を示す。

【００２３】本実施例に係る点火装置の一次電流を通電・遮断制御するスイッチング素子１は、基本的にはメインスイッチング部２５（ここでは、メインＩＧＢＴを使用）とサブスイッチング部２６（サブＩＧＢＴを使用）
よりなる。 ここでは、メインスイッチング部２５とサブスイッチング部２６とは、コレクタ端子Ｃとエミッタ端子Ｅとの間で並列接続されており、サブスイッチング部２６と一次電流検出抵抗（一次電流検出部）３とが直列接続され、このサブスイッチング部２６と一次電流検出抵抗３との間から一次電流検出信号出力端子Ｓが引き出されている。

【００２４】本実施例では、メインスイッチング部（メインＩＧＢＴ）２５とサブスイッチング部（サブＩＧＢ
Ｔ）２６と一次電流検出抵抗３とが、半導体チップ（シリコンチップ）によりワンチップ１００にまとめて形成され、このワンチップ１００に、外部回路と接続するための点火信号入力端子（ゲート端子Ｇ），一次コイル接続端子（コレクタ端子Ｃ），グラウンド端子（エミッタ端子Ｅ），一次電流検出信号出力端子Ｓが配設されている。

【００２５】また、ワンチップ１００には、上記ＩＧＢ
Ｔを保護するためのポリシリコンの双方向ツェナダイオード４，５も含まれる。 双方向ツェナダイオード５は、
高耐圧を必要とし、通常３００Ｖ〜６００Ｖ程度のツェナ電圧を確保するため温度特性に優れた低圧のポリシリコンツェナダイオードを複数直列に接続することで形成している。

【００２６】図３に上記図１の駆動回路と点火コイルの一次コイル１０を接続した状態を示し、電源Ｖ _Bから一次コイル１０を介して流れる大電流Ｉｃのほとんどは、
メインスイッチング部２５に流れ（Ｉｃ ₁ ）、これに並列に接続されるサブスイッチング部２６にはメインスイッチング部２５の数百〜数千分の１の電流Ｉｃ ₂が流れる。

【００２７】ワンチップ１００と外部素子及び回路との接続は、図２に示すように点火信号入力であるゲート端子Ｇが保護抵抗２２及びリード端子（中継端子）Ｇ´を介してＥＣＵに接続され、コレクタ端子Ｃが点火コイルの一次コイル１０（図３参照）に接続され、エミッタ端子ＥがＧＮＤに接続される。

【００２８】一次電流検出信号出力端子Ｓは、外部の電流制限回路２４に接続されるほかに、点火診断回路３２
の入力端子に接続される。 診断回路３２は、一次電流の状態を検出して、点火装置の故障の有無を診断するもので、例えばゲート信号を電源として利用しているが、独立の電源を利用してもよい。 また、診断回路３２は、Ｅ
ＣＵに出力する診断出力端子を備えている。 電流制限回路２４，抵抗２２，診断回路３２は、ＨｙＩＣ１０１
にまとめて形成されている。 図２の一点鎖線で囲む領域がワンチップ１００に相当し、二点鎖線で囲む領域がＨ
ｙＩＣ１０１に相当する。

【００２９】図４〜図６には、上記実施例で用いたイグナイタ（点火駆動回路）のパッケージの態様例を示す。

【００３０】図４は図１のワンチップ１００のみをパッケージした例である。

【００３１】図４において、ワンチップ（点火駆動回路）１００に形成したメイン及びサブＩＧＢＴ２５，２
６のコレクタ端子Ｃは、放熱とコレクタ出力を兼ねたフレーム（ベース）６０にはんだなどにより接続され、そのコレクタ対応の外部接続用の中継端子６２がフレーム６０と接続されている（このコレクタ端子Ｃの接続態様については図示省略してある）。 チップ１００におけるコレクタ端子Ｃ以外の端子（ゲート端子Ｇ，エミッタ端子Ｅ，一次電流検出信号出力端子Ｓ）が対応の各外部接続用の中継端子６１，６３，６４とワイヤ（例えばＡｌ
ワイヤ）６６により接続される。 ６５はパッケージ用のエポキシ系樹脂でありトランスファー成形により部品全体を固体封止している。

【００３２】図５に上記実施例の他のパッケージ例を示す。

【００３３】図５においては、フレーム６０上に、図２
で示すワンチップ１００（点火駆動回路）とＨｙＩＣ１
０１とを搭載（固定）し、これらをエポキシ樹脂のパッケージ６５により一括して固体封止した。 ワンチップ１
００のコレクタ端子Ｃは既述したようにフレーム６０に接続され（図示省略）、ゲート端子Ｇ，エミッタ端子Ｅ，一次電流検出信号出力端子Ｓが同一パッケージ６５
内でＨｙＩＣ１０１の対応の端子とワイヤ６６及びボンディングパッド６７を介して接続されている。 また、パッケージ６５の外部接続用の中継端子７１は外部のＥＣ
Ｕから点火信号を入力する端子（図２の端子Ｇ´に相当する）、中継端子７２はフレーム６０と接続されるコレクタ端子Ｃに対応の端子Ｃ´、中継端子７３は診断回路３２の出力端子（図２の端子に相当する）、中継端子７４はＧＮＤ端子（図２の端子Ｅ´に相当する）。

【００３４】図６は上記実施例のさらに他のパッケージ例を示すものである。 本例は、エポキシ系樹脂でパッケージせず、凹型のＣｕまたはＡＬフレーム６０´に上記同様のワンチップ１００及びＨｙＩＣ１０１を搭載し、
Ｓｉゲル（シリカゲル）などで表面を保護したパッケージ構造である。 ６９はＨｙＩＣ１０１及びワンチップ１
００の端子を外部を接続するための中継端子７１〜７４
を保持するための樹脂製の中継台である。

【００３５】本実施例によれば、次のような利点を有する。

【００３６】（１）点火コイルの一次電流通電中に発生する電圧ドロップ（電流検出部３における電圧ドロップ）によるスイッチング素子１のドライブ能力の低下を改善することができ、特に、点火装置の大電流化に好適である。 点火装置の大電流化は、点火コイルにおいて一次コイルの巻数を落としながら、出力を維持することが可能なことから、点火コイルの小形、軽量、低コストにも効果がある。 この電圧ドロップの改善を図１１の従来例及び図３の本実施例を比較して説明する。

【００３７】図１１において、点火コイルの一次コイル１０は電源Ｖ _BとＩＧＢＴ１´のコレクタの間に接続され、電流検出抵抗３´はＩＧＢＴ１´のエミッタとＧＮ
Ｄの間に接続される。 ＩＧＢＴ１´のゲートに駆動信号が入力されると、ＩＧＢＴ１´はコレクタとエミッタ間がオン状態となり、電源Ｖ _BからＧＮＤに一次電流Ｉｃ
を流す。 これによって一次コイル１０にはＶｃ，ＩＧＢ
Ｔ１´のコレクタ・エミッタ間にはＶ _CE ，電流検出抵抗３´にはＶ _Eが発生する。

【００３８】これに対し、図３の実施例では、メインの一次電流Ｉｃ ₁が流れる回路上は電流検出用抵抗が無いため、そのための電圧ドロップも発生しない。 ここで、
Ｉｃ ₂はＩｃ ₁の数百〜数千分の１のためＩｃ≒Ｉｃ ₁である。

【００３９】これより、図７に示すような結果となる。
図７は図１１と図３の各回路で電源電圧を可変した時の通電時間Ｔｏｎを基準とした一次電流Ｉｃの関係を示している。

【００４０】ここでＡ，Ａ´は図１１による値であり、
Ｂ，Ｂ´は図３による値である。 どちらも同じ電源電圧にて動作させているが、図１１では電流検出抵抗３´での電圧ドロップＶ _Eの分だけ電源電圧Ｖ _Bが低くなったのと同じ結果となる。 この結果で言えることは、図３の実施例の場合には、低電圧時に従来より大きな電流を流すことができる。 すなわち、低電圧時に高出力が得られる。 ということであり、かつ、電流制限（又は過電流保護）も従来と同じように構成できる。

【００４１】また、一次電流検出の抵抗値を大きくできることから、抵抗の電流耐量があがり、抵抗の小形化も可能となる。

【００４２】（２）ワンチップ１００には、一次電流検出信号出力端子Ｓも該チップ外部の回路と接続可能に付加されているので、一次電流検出信号出力端子Ｓを介して外部の一次電流制限回路２４の他に、一次電流検出値を情報として利用するような応用回路（例えば、一次電流情報から、点火コイルの正常，異常を判別する診断回路３２のような機能拡張回路）も顧客のニーズに応えて任意に且つ容易に上記ワンチップに対し後付けで接続できる。

【００４３】（３）上記したように一次電流検出の抵抗値を大きくできることで、スイッチング素子の半導体（ワンチップ）１００内に、電流検出抵抗３を一体に形成することが可能となり、点火装置の小形、低コスト化が実現される。 なお、ワンチップ１００内に電流検出抵抗３を含めた場合には、抵抗値の初期精度、温度特性を考慮すると外付けタイプに比べて精度が劣ることも考えられるが、素子耐量や特性に余裕が有る場合は問題ない。

【００４４】図８は本発明の第２実施例に係る点火装置の駆動回路図、図９はそのパッケージ構造の一例を示す斜視図である。 図中、第１実施例に用いた符号と同一符号は、それと同一或いは共通する要素を示す。

【００４５】本実施例と第１実施例との相違点は、一次電流検出抵抗３をワンチップ１００外部に出してＨｙＩ
Ｃ１０１側に形成し、また、エミッタ端子Ｅをメインスイッチング部２５対応の端子Ｅ ₁とサブスイッチング部２６対応の端子Ｅ ₂とに分けて、メインスイッチング部２５側の端子Ｅ ₁のほかにサブスイッチング部２６のエミッタ端子Ｅ ₂も外部接続用として、エミッタ端子Ｅ ₂を外部の一次電流検出抵抗３と接続可能にしたものである。 この場合には、ワンチップＩＣ１００には、メインスイッチング部２５及びサブスイッチング２６の他に、
ゲート端子（点火信号入力端子）Ｇ、コレクタ端子（一次コイル接続端子）Ｃ、エミッタ端子Ｅ ₁ ，Ｅ ₂ 、一次電流検出信号端子Ｓが配設されている。

【００４６】図９は本実施例の場合のパッケージ構造の一例を示すものであり、図６のパッケージ構造とは端子Ｅ ₂が増えた点が相違する。

【００４７】本実施例によれば、第１実施例と同様の効果を奏するほかに、メインスイッチング部２５とサブスイッチング部２６とを有するワンチップ１００であっても、２つに分けたエミッタ端子Ｅ ₁ ，Ｅ ₂を備えることで、一次電流検出抵抗３をワンチップ１００の外部に配置して該ワンチップ１００のサブスイッチング２６のエミッタ端子Ｅ ₂と接続できる。

【００４８】その結果、一次電流検出精度を高めることが可能になる。 特に、一次電流検出抵抗はレーザトリミング等で初期抵抗値を調整することができる。

【００４９】したがって、電流制限値のばらつきを出来るだけ小さく押さえようとした場合は、本実施例のように電流検出抵抗３はＨｙＩＣ１０１側に用いればよい。

【００５０】この場合、従来の電流検出抵抗に対し、数百〜数千倍の抵抗値に出来るため、厚膜印刷で構成しても大形化せずにコンパクトに設計できると共に、抵抗のばらつきも小さくすることができる。

【００５１】なお、上記各実施例では、メインスイッチング部２５とサブスイッチング部２６とをＩＧＢＴで構成するが、ＩＧＢＴに代わり電界効果形トランジスタ（ＦＥＴ）を使用することも可能である。 この場合には、スイッチング素子１（メインスイッチング部２５，
サブスイッチング部２６）のコレクタ端子Ｃはドレイン端子、エミッタ端子Ｅはソース端子に置き換わる。

【００５２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、点火コイルの通電中に発生する一次電流検出部における電圧ドロップによるスイッチング素子のドライブ能力の低下を防止する要求を満足させながら、さらに、点火装置に一次電流情報（検出値）を有効に利用できる応用回路（特殊回路）を顧客のニーズに応えて任意に且つ容易に後付けで接続することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に用いる点火駆動回路の要部構成図。

【図２】上記実施例の点火駆動回路の構成図。

【図３】上記実施例の各部の電圧分布及び一次電流の流れ状態を示す説明図。

【図４】上記実施例のパッケージ構造の一例を示す一部省略斜視図。

【図５】上記実施例のパッケージ構造の一例を示す一部省略斜視図。

【図６】上記実施例のパッケージ構造の一例を示す一部省略斜視図。

【図７】本発明と従来例との一次電流特性を示す説明図。

【図８】本発明の第２実施例に用いる点火駆動回路の要部構成図。

【図９】第２実施例のパッケージ構造の一例を示す一部省略斜視図。

【図１０】従来の点火装置の駆動回路を示す構成図。

【図１１】上記従来例の各部の電圧分布及び一次電流の流れ状態を示す説明図。

【図１２】従来の点火装置の駆動回路を示す構成図。

【符号の説明】

１…スイッチング素子、３…電流検出抵抗、２４…一次電流制限回路、２５…メインスイッチング部（メインＩ
ＧＢＴ）、２６…サブスイッチング部（サブＩＧＢ
Ｔ）、３２…診断回路、１００…ＩＣチップ、１０１…
ハイブリッドＩＣ、Ｃ…コレクタ端子（一次コイル接続端子）、Ｅ…エミッタ端子（グラウンド端子）、Ｇ…ゲート端子（点火信号入力端子）、Ｓ…一次電流検出信号出力端子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 太加志 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 小林 良一 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 杉浦 登 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 Ｆターム(参考） 3G019 BA01 EA13 EA17 FA04 FA12 FA14 KD05 KD06