一引言

隨著汽油成本上升以及人們對(duì)汽車尾氣排放帶來的環(huán)境問題的日益關(guān)注，汽車工業(yè)正在加快研究開發(fā)油耗更低、功率密度更高、魯棒性更強(qiáng)的新型動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)。汽車點(diǎn)火系統(tǒng)作為動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)系統(tǒng)效率、減少尾氣污染和魯棒性有著重要的作用。

早期汽車點(diǎn)火器中線圈的初級(jí)繞組是由機(jī)械開關(guān)控制，通常也稱為斷電器觸點(diǎn)。斷電器觸點(diǎn)式點(diǎn)火系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，成本低，但易磨損。伴隨著半導(dǎo)體行業(yè)高壓大電流功率開關(guān)器件的發(fā)展，易磨損的傳統(tǒng)機(jī)械開關(guān)已經(jīng)被更可靠的大功率半導(dǎo)體器件所替代。目前汽車點(diǎn)火器主要采用“插接式”線圈，消除高壓接線，并集成絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)器件及其驅(qū)動(dòng)電路，使汽車點(diǎn)火系統(tǒng)更加緊湊和簡(jiǎn)單。如圖1所示，目前汽車點(diǎn)火器主要由電路板、點(diǎn)火線圈、高壓二極管、彈簧、護(hù)套、抗干擾電阻以及接插口等組件構(gòu)成。

圖1 點(diǎn)火器內(nèi)部構(gòu)造圖

二汽車點(diǎn)火器電路工作原理

基于IGBT器件的汽車點(diǎn)火器電路原理圖和某品牌汽車點(diǎn)火器內(nèi)部電路板的實(shí)物圖分別如圖2和圖3所示。

圖2 點(diǎn)火電路原理圖

圖3 點(diǎn)火器電路板實(shí)物圖

根據(jù)IGBT工作狀態(tài)，可分階段來描述汽車點(diǎn)火器電路的工作原理。

2.1

阻斷階段

在柵極驅(qū)動(dòng)脈沖觸發(fā)前，柵極電壓VGE=0V，IGBT器件處于阻斷狀態(tài)，集電極電壓VCE=Vbat，電感中沒有存儲(chǔ)能量。

2.2

導(dǎo)通階段

柵極驅(qū)動(dòng)脈沖觸發(fā)，柵極電壓上升至高電平，VGE=+5V，IGBT導(dǎo)通后，電源電壓將對(duì)線圈一次側(cè)漏感充電，一次側(cè)電流開始線性上升。由于在火花塞產(chǎn)生電弧之前，線圈二次側(cè)相當(dāng)于開路，能量?jī)?chǔ)存在線圈磁芯中。

2.3

關(guān)斷過程

當(dāng)檢測(cè)到合適的時(shí)間點(diǎn)火，控制信號(hào)會(huì)變?yōu)榈碗娖剑笽GBT關(guān)斷。一次側(cè)電流快速關(guān)斷，會(huì)在IGBT器件兩端產(chǎn)生一個(gè)較高的電壓尖峰。通常，點(diǎn)火IGBT內(nèi)部柵極和集電極之間有一個(gè)鉗位結(jié)構(gòu)。鉗位結(jié)構(gòu)會(huì)將峰值電壓限制在300V-600V之間以保護(hù)點(diǎn)火IGBT和線圈絕緣。在關(guān)斷過程中，線圈漏感中存儲(chǔ)的能量會(huì)在一次側(cè)產(chǎn)生電壓尖峰，而激磁電感中存儲(chǔ)的能量則在二次側(cè)感應(yīng)出高壓，使火花塞空氣間隙間產(chǎn)生電弧。正常工況下最大點(diǎn)火電壓取決于發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)，更輕的空氣燃?xì)饣旌衔锘驕u輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)需要更高的點(diǎn)火電壓。

三

上海貝嶺BLG3040產(chǎn)品

上海貝嶺始終服務(wù)于國家整體戰(zhàn)略，近年來一直堅(jiān)持在汽車級(jí)芯片的研發(fā)上持續(xù)不斷地投入，為我國汽車級(jí)芯片的發(fā)展貢獻(xiàn)企業(yè)力量。針對(duì)汽車點(diǎn)火器市場(chǎng)需求，公司積極研制了首款汽車級(jí)點(diǎn)火IGBT器件BLG3040，并實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)和銷售。目前，該產(chǎn)品已在眾多主流汽車點(diǎn)火器客戶中得到應(yīng)用并廣受好評(píng)。

3.1

產(chǎn)品性能優(yōu)勢(shì)

貝嶺BLG3040具有優(yōu)異的產(chǎn)品性能，主要性能參數(shù)如下：

●擊穿電壓高，可提供更高的點(diǎn)火電壓；

●閾值電壓VTH低，可兼容邏輯電平，使驅(qū)動(dòng)電路更簡(jiǎn)單，降低系統(tǒng)成本；

● 飽和壓降VCE(SAT) 低，可減小IGBT導(dǎo)通損耗，降低器件工作溫升；

● 自鉗位開關(guān)能量ESCIS和自鉗位開關(guān)電流ISCIS耐受能力強(qiáng)；

圖4 產(chǎn)品性能對(duì)比圖

3.2

產(chǎn)品應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

采用同一品牌汽車點(diǎn)火器，在室溫下對(duì)不同廠商IGBT器件進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，測(cè)試條件為25Hz/3.5ms，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。從圖中可看出貝嶺BLG3040產(chǎn)品的溫升表現(xiàn)優(yōu)于主流廠商產(chǎn)品。

圖5 汽車點(diǎn)火應(yīng)用溫升測(cè)試結(jié)果

3.3

產(chǎn)品可靠性

為確保IGBT產(chǎn)品符合汽車級(jí)零部件的工作壽命要求，該產(chǎn)品嚴(yán)格按照汽車行業(yè)分立半導(dǎo)體器件可靠性標(biāo)準(zhǔn)AEC-Q101進(jìn)行了可靠性認(rèn)證。此外，還依托于終端客戶，對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行了板級(jí)可靠性驗(yàn)證。BLG3040以其穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品性能順利通過了上述兩類可靠性試驗(yàn)。

3.4

產(chǎn)品可靠性

上海貝嶺的汽車點(diǎn)火IGBT產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、開發(fā)、工程驗(yàn)證到量產(chǎn)各個(gè)階段均按照汽車級(jí)零部件質(zhì)量理念進(jìn)行流程管理和設(shè)計(jì)，并依托于工藝成熟的汽車級(jí)晶圓產(chǎn)線和具有嚴(yán)格控制程序的汽車級(jí)封裝產(chǎn)線進(jìn)行生產(chǎn)和制造。上海貝嶺始終秉持“零缺陷”的品控理念，嚴(yán)格執(zhí)行產(chǎn)品全生命周期生產(chǎn)工藝過程監(jiān)控、可靠性監(jiān)控，嚴(yán)格把控產(chǎn)品出廠檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，持續(xù)探索和優(yōu)化產(chǎn)品性能，為汽車客戶提供穩(wěn)定可靠的汽車級(jí)產(chǎn)品。

審核編輯 ：李倩