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JP7750109B2 - Semiconductor device and ignition system - Google Patents
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JP7750109B2 - Semiconductor device and ignition system - Google Patents

Semiconductor device and ignition system

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JP7750109B2 JP2022003880A JP2022003880A JP7750109B2 JP 7750109 B2 JP7750109 B2 JP 7750109B2 JP 2022003880 A JP2022003880 A JP 2022003880A JP 2022003880 A JP2022003880 A JP 2022003880A JP 7750109 B2 JP7750109 B2 JP 7750109B2
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Description

本発明は、半導体スイッチのスイッチング制御を行う半導体装置およびエンジンの点火制御を行うイグニッションシステムに関する。 The present invention relates to a semiconductor device that controls the switching of a semiconductor switch and an ignition system that controls the ignition of an engine.

近年、自動車分野では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、車載用エンジンの点火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、イグニッションコイルを介してスパークプラグの放電(点火)を行う。 In recent years, the automotive industry has seen progress in the development of highly functional ignition systems. In ignition systems, a semiconductor device called an igniter controls the ignition of an automotive engine, and discharges (ignites) the spark plug via an ignition coil under control of an ECU (Electronic Control Unit).

図13は従来のイグニッションシステムの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、イグニッションコイル2、スパークプラグ3およびコンデンサCVBを備える。イグニッションコイル2は、一次側コイルL1、二次側コイルL2およびダイオードDaを含む。 13 is a diagram showing the configuration of a conventional ignition system. The ignition system 100 includes an igniter 110, an ignition coil 2, a spark plug 3, and a capacitor CVB . The ignition coil 2 includes a primary coil L1, a secondary coil L2, and a diode Da.

イグニッションコイル2の一次側コイルL1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の端子a1に接続され、二次側コイルL2は、スパークプラグ3が接続される。 The primary coil L1 of the ignition coil 2 is connected to terminal a1 of the igniter 110, which acts as a switch that turns the current on and off, and the secondary coil L2 is connected to the spark plug 3.

イグナイタ110の端子a2はグランド(GND)に接続され、イグナイタ110の端子a3はECU4に接続される。また、イグニッションシステム100の電源間には、イグニッションコイル2からのノイズやサージがバッテリBa側へ伝搬することを抑制するためのコンデンサCVBが接続される。 A terminal a2 of the igniter 110 is connected to ground (GND), and a terminal a3 of the igniter 110 is connected to the ECU 4. A capacitor CVB is connected between the power supplies of the ignition system 100 to suppress the propagation of noise and surges from the ignition coil 2 to the battery Ba side.

ECU4、イグニッションコイル2およびスパークプラグ3は、バッテリBaを通じて電源が供給されており、ECU4からの信号がイグナイタ110の端子a3に入力することによってイグニッションシステム100は動作する。なお、イグニッションシステム100とバッテリBa間は、ハーネスh1(配線ケーブル)を介して接続されている。 The ECU 4, ignition coil 2, and spark plug 3 are supplied with power through battery Ba, and the ignition system 100 operates when a signal from the ECU 4 is input to terminal a3 of the igniter 110. The ignition system 100 and battery Ba are connected via a harness h1 (wiring cable).

図14は従来のイグナイタの回路構成を示す図である。イグナイタ110は、パワー半導体スイッチとしてIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を備え、抵抗Rgを介したゲート端子(Gate)、コレクタ端子(Collector)およびエミッタ端子(Emitter)がそれぞれ入出力端子としてIGBTに接続される。なお、コレクタ端子、エミッタ端子およびゲート端子は、図13に示した端子a1、a2、a3それぞれに該当する。 Figure 14 shows the circuit configuration of a conventional igniter. The igniter 110 includes an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) as a power semiconductor switch, and the gate terminal, collector terminal, and emitter terminal are connected to the IGBT as input/output terminals via resistor Rg. The collector terminal, emitter terminal, and gate terminal correspond to terminals a1, a2, and a3 shown in Figure 13, respectively.

ECU4からの信号が入力されるゲート端子と抵抗Rgとの間には、サージ除去を目的としたツェナーダイオードGEZD(ゲート・エミッタ間ツェナーダイオード)と、信号のオフ時においてゲート端子にかかる電圧Vgをエミッタ端子に引抜くためのプルダウン抵抗Rpullが接続されている。また、信号認識回路11aは、ゲート端子とエミッタ端子との間に接続されており、電圧Vgを電源として動作し、ECU4から送信されるIGBTのオン/オフを指示する信号を認識する。 Connected between the gate terminal, to which the signal from the ECU 4 is input, and resistor Rg are a Zener diode GEZD (gate-emitter Zener diode) for surge removal and a pull-down resistor Rpull for drawing the voltage Vg applied to the gate terminal to the emitter terminal when the signal is off. The signal recognition circuit 11a is also connected between the gate terminal and emitter terminal, operates using voltage Vg as its power source, and recognizes the signal sent from the ECU 4 to instruct the IGBT to turn on/off.

信号認識回路11aの出力は、インバータIN1を介して、引抜きMOS13のゲートに入力される。引抜きMOS13は、例えば、NチャネルのMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)のNMOSトランジスタである。引抜きMOS13は、IGBTのゲートにかかるゲート電圧Vgeを放電させてゲート電荷を引抜くプルダウン用MOSとして使用される。 The output of the signal recognition circuit 11a is input to the gate of the pull-down MOS 13 via inverter IN1. The pull-down MOS 13 is, for example, an NMOS transistor, an N-channel MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). The pull-down MOS 13 is used as a pull-down MOS that discharges the gate voltage Vge applied to the gate of the IGBT and pulls out the gate charge.

引抜きMOS13のドレインは、抵抗Rpを介してIGBTのゲートに接続され、引抜きMOS13のソースは、エミッタ端子に接続される。コレクタ端子とIGBTのゲートの間には、高電圧発生時においてクランプ動作を担うためのツェナーダイオード群CGZD(複数のコレクタ・ゲート間ツェナーダイオード)が接続されている。 The drain of the pull-out MOS 13 is connected to the gate of the IGBT via resistor Rp, and the source of the pull-out MOS 13 is connected to the emitter terminal. A Zener diode group CGZD (multiple collector-gate Zener diodes) is connected between the collector terminal and the gate of the IGBT to perform clamping when high voltages are generated.

なお、通常の構成では、バッテリBaから供給される固定された電圧を駆動用の電圧として用いるが、イグナイタ110では、上記のように、ゲート端子に入力されるECU4からの信号の電圧(ゲート端子電圧Vg)を駆動用の電圧として用いている。したがって、ゲート端子に入力される信号レベルが、信号認識回路11aの動作電源電圧以下になる場合には、イグナイタ110は非駆動の状態になるため、イグニッションシステム100全体として動作が停止することになる。 In a normal configuration, a fixed voltage supplied from battery Ba is used as the driving voltage, but as described above, igniter 110 uses the voltage of the signal from ECU 4 input to the gate terminal (gate terminal voltage Vg) as the driving voltage. Therefore, if the signal level input to the gate terminal falls below the operating power supply voltage of signal recognition circuit 11a, igniter 110 enters a non-driving state, and operation of the entire ignition system 100 stops.

ここで、ECU4からIGBTをオンにするオン信号がゲート端子に入力された場合、信号認識回路11aはHレベルを出力し、インバータIN1はLレベルを引抜きMOS13のゲートに出力して、引抜きMOS13をオフさせる。 Here, when an ON signal to turn on the IGBT is input from ECU 4 to the gate terminal, signal recognition circuit 11a outputs an H level, and inverter IN1 outputs an L level to the gate of pull-out MOS 13, turning it off.

また、IGBTがオン状態のときにECU4からオフ信号を受けた場合、信号認識回路11aは、出力信号をHレベルからLレベルに切り替える。このとき、引抜きMOS13は、インバータIN1の出力論理が反転(LレベルからHレベル)することによりオンして通電を開始し、IGBTのゲートからゲート電荷を引抜き、ゲート電圧Vgeを放電する。 Furthermore, when an OFF signal is received from the ECU 4 while the IGBT is in the ON state, the signal recognition circuit 11a switches the output signal from H level to L level. At this time, the output logic of the inverter IN1 is inverted (from L level to H level), causing the extraction MOS 13 to turn ON and begin conducting current, extracting gate charge from the gate of the IGBT and discharging the gate voltage Vge.

ただし、ゲート端子電圧Vgが信号認識回路11aの動作電源電圧以下になると、その機能は失われる。一方で、IGBTのゲート電圧Vgeは、抵抗Rg、プルダウン抵抗Rpullを経由しても放電される。ゲート電圧Vgeのこのような放電によって、IGBTがオフ状態に遷移することになる。 However, if the gate terminal voltage Vg falls below the operating power supply voltage of the signal recognition circuit 11a, this function is lost. Meanwhile, the IGBT's gate voltage Vge is also discharged via resistor Rg and pull-down resistor Rpull. This discharge of the gate voltage Vge causes the IGBT to transition to the off state.

図15は従来のイグナイタの動作波形を示すタイムチャートである。
〔時刻t0から時刻t1の期間〕時刻t0からIGBTがオフ状態に遷移していくものとする。ゲート端子電圧Vgは、プルダウン抵抗Rpullによって放電されるため低下する。また、引抜きMOS13およびプルダウン抵抗Rpullによりゲート電圧Vgeが放電され、ゲート電圧Vgeは、ミラー電圧まで低下する。
FIG. 15 is a time chart showing the operating waveforms of a conventional igniter.
[Period from time t0 to time t1] Assume that the IGBT transitions to the off state from time t0. The gate terminal voltage Vg drops because it is discharged by the pull-down resistor Rpull. Furthermore, the gate voltage Vge is discharged by the pull-down MOS 13 and the pull-down resistor Rpull, and the gate voltage Vge drops to the mirror voltage.

なお、イグナイタ110は、ゲート端子電圧Vgおよびゲート電圧Vgeが徐々に放電することによってIGBTをオフ状態にする回路構成なので、ゲート端子電圧Vgおよびゲート電圧Vgeが一気に低下することにはならない。 Note that the igniter 110 is configured to turn the IGBT off by gradually discharging the gate terminal voltage Vg and gate voltage Vge, so the gate terminal voltage Vg and gate voltage Vge do not drop suddenly.

〔時刻t1から時刻t2の期間〕ゲート端子における残留電荷がプルダウン抵抗Rpullを通じて放電されるため、ゲート端子電圧Vgは徐々に低下する。一方、IGBTのコレクタ電圧Vceが上昇するが、IGBTのコレクタからゲートに向けてミラー容量がフィードバックする。 [Period from time t1 to time t2] Residual charge at the gate terminal is discharged through pull-down resistor Rpull, causing the gate terminal voltage Vg to gradually decrease. Meanwhile, the IGBT collector voltage Vce increases, but Miller capacitance feeds back from the IGBT collector to the gate.

したがって、プルダウン抵抗Rpullによりゲート電圧Vgeが放電されていても、コレクタ電圧Vceの上昇した変位分がゲートにフィードバックすることになるため、減少分と増加分が互いに相殺されて、ゲート電圧Vgeはフラットの状態に近くなる。このような現象が生じる期間(時刻t1から時刻t2の期間)はミラー領域と呼ばれる。 Therefore, even if the gate voltage Vge is discharged by the pull-down resistor Rpull, the increased collector voltage Vce is fed back to the gate, so the decrease and increase cancel each other out, and the gate voltage Vge becomes close to a flat state. The period in which this phenomenon occurs (the period from time t1 to time t2) is called the mirror region.

〔時刻t2から時刻t3の期間〕時刻t2以降はミラー領域の終了後の期間であり、時刻t2以降においてはIGBTがフルオフの状態(IGBTの完全遮断)に近づいていく。ゲート電圧Vgeの低下と共に、コレクタ電流Iceが低下する。また、コレクタ電圧Vceがツェナーダイオード群CGZDの耐圧で決まるクランプ電圧まで上昇する。 [Period from time t2 to time t3] The period from time t2 onwards is the period after the end of the mirror region, and from time t2 onwards the IGBT approaches a fully off state (complete shutdown of the IGBT). As the gate voltage Vge decreases, the collector current Ice decreases. In addition, the collector voltage Vce rises to a clamp voltage determined by the breakdown voltage of the Zener diode group CGZD.

〔時刻t3から時刻t4の期間〕ツェナーダイオード群CGZDがブレークダウンすることにより、コレクタ端子からゲート電圧Vgeに電荷が供給されるため、ゲート電圧Vgeの下降速度が低下する。 [Period from time t3 to time t4] When the Zener diode group CGZD breaks down, charge is supplied from the collector terminal to the gate voltage Vge, slowing the rate at which the gate voltage Vge falls.

そして、ゲート電圧Vgeの下降速度の低下に伴ってコレクタ電流Iceの下降速度も減速し、コレクタ端子に接続されるイグニッションコイル2の蓄積エネルギが放出されるまでコレクタ電流Iceの下降が継続される。 As the rate of decline of the gate voltage Vge slows, the rate of decline of the collector current Ice also slows, and the collector current Ice continues to decline until the stored energy in the ignition coil 2 connected to the collector terminal is released.

〔時刻t4から時刻t5の期間〕IGBTのゲートに対してコレクタ端子からの電荷供給がなくなり、ゲート電圧Vgeは下降を加速させる。また、コレクタ電流Iceもゼロになる。ただし、ゲート端子電圧Vgは信号認識回路11aが動作できない電圧まで下降しているため、引抜きMOS13での電流の引抜きはなく、プルダウン抵抗Rpullのみで緩やかに引抜かれることになる。なお、時刻t4おけるゲート電圧VgeがIGBTの動作閾値電圧となる。 [Period from time t4 to time t5] Charge is no longer supplied from the collector terminal to the IGBT gate, accelerating the decline of the gate voltage Vge. The collector current Ice also becomes zero. However, because the gate terminal voltage Vg has fallen to a voltage at which the signal recognition circuit 11a cannot operate, no current is drawn by the pull-down MOS 13, and current is slowly drawn only by the pull-down resistor Rpull. The gate voltage Vge at time t4 is the operating threshold voltage of the IGBT.

関連する技術としては、例えば、IGBTがオンからオフへの状態に移行した際に、第1スイッチと第2スイッチを同時に閉状態にしてIGBTのゲートからゲート電荷を引抜き、コレクタ電圧の上昇率が高い場合に第2スイッチを開状態にしてゲート電荷の引抜きを緩和する技術が提案されている。 Related technologies include, for example, a technique in which, when an IGBT transitions from an on to an off state, the first and second switches are closed simultaneously to extract gate charge from the IGBT gate, and when the rate of rise of the collector voltage is high, the second switch is opened to mitigate the extraction of gate charge.

特開2021-103849号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2021-103849

上記のようなイグナイタ110の構成では、ミラー領域を終えた後のゲート電圧Vgeの急峻下降に伴って、IGBTのコレクタ電流Iceも急峻に下降変化するため、IGBTのスイッチング速度に対応する電流変化率であるdI/dt(電流の時間変化)も大きくなる。IGBTのスイッチング損失の面から鑑みれば、dI/dtが大きいほどスイッチング損失は低減するとみなされる。 With the igniter 110 configured as described above, the IGBT collector current Ice also drops sharply as the gate voltage Vge drops sharply after the mirror region ends, and this increases dI/dt (change in current over time), which is the rate of current change corresponding to the IGBT's switching speed. From the perspective of IGBT switching loss, it is considered that the greater the dI/dt, the lower the switching loss.

しかし、コレクタ電流Iceは、エミッタ端子からハーネスh1を介してGNDに流れているため、dI/dtが大きすぎると、イグニッションシステム100とバッテリBaとを接続しているハーネスh1の寄生インダクタンスによって、誘起電圧がエミッタ端子に生じる。 However, because the collector current Ice flows from the emitter terminal to GND via the harness h1, if dI/dt is too large, an induced voltage will be generated at the emitter terminal due to the parasitic inductance of the harness h1 connecting the ignition system 100 and the battery Ba.

そして、エミッタ端子には、ノイズやサージがバッテリBa側へ伝搬することを抑制するためのコンデンサCVBが接続されているので、誘起電圧が生じると、ハーネスh1の寄生インダクタンス成分とコンデンサCVBの容量成分とによって共振が生じて共振ノイズが発生し、IGBTの誤オン等によるイグニッションシステム100の誤動作の原因となるという問題がある。 Furthermore, since a capacitor CVB is connected to the emitter terminal to prevent noise and surges from propagating to the battery Ba, when an induced voltage is generated, resonance occurs between the parasitic inductance component of the harness h1 and the capacitance component of the capacitor CVB , generating resonance noise, which can cause the ignition system 100 to malfunction due to, for example, the IGBT being turned on erroneously.

上記では、イグニッションシステム100におけるIGBTのオフ時の共振ノイズの発生について説明したが、一般的に、IGBTのオフ時のコレクタ電流Iceの急峻下降では、IGBTの周辺部に対してノイズが発生する可能性が高くなる。このため、IGBTのスイッチング時間を保持しながら、IGBTのオフ時において発生しうるノイズを効果的に防止できる技術が要望されている。 The above describes the generation of resonant noise when the IGBT is turned off in the ignition system 100. However, in general, a sudden drop in the collector current Ice when the IGBT is turned off increases the likelihood of noise being generated in the area around the IGBT. For this reason, there is a demand for technology that can effectively prevent noise that may be generated when the IGBT is turned off while maintaining the IGBT's switching time.

1つの側面では、本発明は、ノイズの発生を防止して装置の安定動作を図った半導体装置およびイグニッションシステムを提供することを目的とする。 In one aspect, the present invention aims to provide a semiconductor device and an ignition system that prevent noise generation and ensure stable operation of the device.

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、半導体スイッチと制御回路を有する。制御回路は、半導体スイッチのオン、オフを指示する信号の電圧を電源として駆動する。また、制御回路は、第1の引抜き回路と第2の引抜き回路を備える。第1の引抜き回路は、半導体スイッチのオフの指示を検出した場合に、第1のシンク能力で半導体スイッチのゲートからゲート電荷を引抜く。第2の引抜き回路は、半導体スイッチのコレクタ電圧から生成した電圧が所定の電圧以上の場合に、第1のシンク能力よりも高い第2のシンク能力でゲート電荷を引抜く。 To solve the above problem, a semiconductor device is provided. The semiconductor device has a semiconductor switch and a control circuit. The control circuit is driven by the voltage of a signal that instructs the semiconductor switch to be on or off. The control circuit also has a first extraction circuit and a second extraction circuit. When an instruction to turn the semiconductor switch off is detected, the first extraction circuit extracts gate charge from the gate of the semiconductor switch with a first sink capacity. When a voltage generated from the collector voltage of the semiconductor switch is equal to or higher than a predetermined voltage, the second extraction circuit extracts gate charge with a second sink capacity higher than the first sink capacity.

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、イグニッションコイル、スパークプラグおよびコンデンサを有する。イグナイタは、半導体スイッチと、半導体スイッチのオフの指示を検出した場合に、第1のシンク能力で半導体スイッチのゲートからゲート電荷を引抜く第1の引抜き回路と、半導体スイッチのコレクタ電圧から生成した電圧が所定の電圧以上の場合に、第1のシンク能力よりも高い第2のシンク能力でゲート電荷を引抜く第2の引抜き回路とを備え、電子制御ユニットから出力される半導体スイッチのオン、オフを指示する信号の電圧を電源として駆動する。イグニッションコイルは、ハーネスを介して外部電源に接続され、半導体スイッチによって発生させた電圧を増幅する。スパークプラグは、イグニッションコイルから出力される負電圧にもとづいて放電する。コンデンサは、ハーネスを介してシステム内の電源とグランドおよび半導体スイッチのエミッタに接続される。 An ignition system is also provided to solve the above problem. The ignition system includes an igniter, an ignition coil, a spark plug, and a capacitor. The igniter includes a semiconductor switch, a first extraction circuit that extracts gate charge from the gate of the semiconductor switch with a first sink capacity when an instruction to turn the semiconductor switch off is detected, and a second extraction circuit that extracts gate charge with a second sink capacity higher than the first sink capacity when a voltage generated from the collector voltage of the semiconductor switch is equal to or higher than a predetermined voltage. The igniter is powered by the voltage of a signal output from an electronic control unit that instructs the semiconductor switch to turn on or off. The ignition coil is connected to an external power source via a harness and amplifies the voltage generated by the semiconductor switch. The spark plug discharges based on the negative voltage output from the ignition coil. The capacitor is connected to the power source and ground within the system and to the emitter of the semiconductor switch via a harness.

1側面によれば、ノイズの発生を防止して装置の安定動作を図ることが可能になる。 According to one aspect, it is possible to prevent noise generation and ensure stable operation of the device.

本発明の半導体装置を説明するための図である。1A and 1B are diagrams illustrating a semiconductor device according to the present invention; イグニッションシステムの全体構成の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the overall configuration of an ignition system. ECUの構成の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the configuration of an ECU. イグニッションシステムの全体動作を示すタイムチャートである。3 is a time chart showing the overall operation of the ignition system. イグナイタの回路構成の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of an igniter. 論理回路の構成の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a configuration of a logic circuit. 論理回路の動作論理を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the operation logic of a logic circuit. 論理回路に供給される電源電圧の生成を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining generation of a power supply voltage supplied to a logic circuit. イグナイタの動作を示すタイムチャートである。4 is a time chart showing the operation of an igniter. 本発明の動作と従来の動作の波形比較を示す図である。10A and 10B are diagrams illustrating waveform comparison between the operation of the present invention and the conventional operation. イグナイタの変形例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a modified example of the igniter. 論理回路の変形例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a modified example of a logic circuit. 従来のイグニッションシステムの構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a conventional ignition system. 従来のイグナイタの回路構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of a conventional igniter. 従来のイグナイタの動作波形を示すタイムチャートである。10 is a time chart showing the operating waveforms of a conventional igniter.

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、半導体スイッチ1aと制御回路1bを有する。制御回路1bは、半導体スイッチ1aのオン、オフを指示する信号ctの電圧を電源として駆動する。また、半導体スイッチ1aは例えば、IGBTである。
The present embodiment will be described below with reference to the drawings.
1 is a diagram illustrating a semiconductor device according to the present invention. The semiconductor device 1 includes a semiconductor switch 1a and a control circuit 1b. The control circuit 1b is driven by a voltage signal ct that indicates whether the semiconductor switch 1a is on or off. The semiconductor switch 1a is, for example, an IGBT.

制御回路1bは、引抜き回路1b1(第1の引抜き回路)と引抜き回路1b2(第2の引抜き回路)を備える。引抜き回路1b1は、信号ctから半導体スイッチ1aのオフの指示を検出した場合に、第1のシンク能力で半導体スイッチ1aのゲートからゲート電荷を引抜く。引抜き回路1b2は、半導体スイッチ1aのコレクタ電圧から生成した電圧が所定の電圧以上の場合に、第1のシンク能力よりも高い第2のシンク能力でゲート電荷を引抜く。なお、半導体スイッチ1aと、引抜き回路1b1、1b2を備える制御回路1bとは、同一チップ上に集積化される。 Control circuit 1b includes extraction circuit 1b1 (first extraction circuit) and extraction circuit 1b2 (second extraction circuit). Extraction circuit 1b1 extracts gate charge from the gate of semiconductor switch 1a with a first sink capacity when it detects an instruction to turn semiconductor switch 1a off from signal ct. Extraction circuit 1b2 extracts gate charge with a second sink capacity higher than the first sink capacity when the voltage generated from the collector voltage of semiconductor switch 1a is equal to or higher than a predetermined voltage. Semiconductor switch 1a and control circuit 1b, which includes extraction circuits 1b1 and 1b2, are integrated on the same chip.

ここで、半導体装置1では、引抜き回路1b1、1b2を用いて、半導体スイッチ1aのゲート電荷を2段階に分けて引抜く。1段階目の第1期間t11では、引抜き回路1b1は、コレクタ電流Iceがノイズ発生のトリガとはなりえない電流変化率になるように、半導体スイッチ1aのゲートからゲート電荷を第1のシンク能力で緩やかに引抜いてコレクタ電流Iceの下降を緩やかにする。 Here, in semiconductor device 1, extraction circuits 1b1 and 1b2 are used to extract the gate charge of semiconductor switch 1a in two stages. During the first period t11 of the first stage, extraction circuit 1b1 slowly extracts gate charge from the gate of semiconductor switch 1a using the first sink capacity, easing the decline of collector current Ice so that the collector current Ice has a current change rate that does not trigger noise.

一方、スイッチング時間tsを保つこともスイッチング損失の面からは重要なので、2段階目の第2期間t12では、引抜き回路1b2は、ゲート電荷を第1期間t11のときよりも高い第2のシンク能力で引抜いて、所定のスイッチング時間tsを保つようにする。 On the other hand, maintaining the switching time ts is also important in terms of switching loss, so during the second period t12 of the second stage, the extraction circuit 1b2 extracts the gate charge with a second sink capacity that is higher than during the first period t11, thereby maintaining the specified switching time ts.

半導体装置1のこのような構成により、半導体スイッチ1aのオフ時における半導体スイッチ1aの急峻なスイッチング動作に起因するノイズの発生を防止することができ、安定した動作を実現することが可能になる。また、半導体スイッチ1aのスイッチング時間も所定時間内に収められるのでスイッチング損失の抑制も可能になる。 This configuration of semiconductor device 1 prevents noise caused by the sudden switching operation of semiconductor switch 1a when semiconductor switch 1a is turned off, enabling stable operation. Furthermore, the switching time of semiconductor switch 1a is kept within a specified time, making it possible to suppress switching losses.

次に半導体装置1が使用されるアプリケーションの一例として、半導体装置1をイグニッションシステムに適用した場合について以降詳しく説明する。なお、以降では既述した構成には同一符号を付けて同一構成の説明を省略する場合がある。 Next, as an example of an application in which the semiconductor device 1 is used, the application of the semiconductor device 1 to an ignition system will be described in detail below. Note that, hereinafter, components that have already been described will be assigned the same reference numerals, and descriptions of the same components may be omitted.

<イグニッションシステムの全体構成>
図2はイグニッションシステムの全体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、半導体装置1の機能を有するイグナイタ10、イグニッションコイル2、スパークプラグ3およびコンデンサCVBを備える。
<Overall configuration of ignition system>
2 is a diagram showing an example of the overall configuration of an ignition system 1-1. The ignition system 1-1 includes an igniter 10 having the function of the semiconductor device 1, an ignition coil 2, a spark plug 3, and a capacitor CVB .

イグナイタ10は、IGBT、制御回路1bの機能を有するIC10a、抵抗R10、抵抗Rg、プルダウン抵抗Rpull、ダイオードDB3、ツェナーダイオード群CGZDおよびツェナーダイオードGEZDを備える。また、ゲート端子(Gate)、コレクタ端子(Collector)およびエミッタ端子(Emitter)がそれぞれ入出力端子としてIGBTに接続されている。 The igniter 10 includes an IGBT, an IC 10a having the function of a control circuit 1b, a resistor R10, a resistor Rg, a pull-down resistor Rpull, a diode D B3 , a Zener diode group CGZD, and a Zener diode GEZD, and the gate terminal (Gate), collector terminal (Collector), and emitter terminal (Emitter) are connected to the IGBT as input/output terminals.

イグナイタ10は、IGBTによって高電圧を発生させ、イグニッションコイル2でその高電圧をさらに数十kV程度まで増幅させ、IGBTのオン状態からオフ状態へのスイッチング時にスパークプラグ3をスパークして点火する。また、イグナイタ10は、ゲート端子に入力されるECU4からの信号の電圧を駆動用の電圧として用いている。 The igniter 10 generates a high voltage using the IGBT, which is then amplified by the ignition coil 2 to several tens of kV, sparking the spark plug 3 and igniting it when the IGBT switches from on to off. The igniter 10 also uses the voltage of a signal from the ECU 4 input to its gate terminal as its driving voltage.

ECU4、イグニッションコイル2およびスパークプラグ3は、バッテリBaを通じて電源が供給されており、ECU4からの信号がイグナイタ10のゲート端子に入力することによってイグニッションシステム1-1は動作する。イグニッションシステム1-1とバッテリBa間は、ハーネスh1を介して接続されている。 The ECU 4, ignition coil 2, and spark plug 3 are supplied with power through battery Ba, and the ignition system 1-1 operates when a signal from the ECU 4 is input to the gate terminal of the igniter 10. The ignition system 1-1 and battery Ba are connected via a harness h1.

イグナイタ10では、上記のように、ゲート端子に入力されるECU4からの信号の電圧(ゲート端子電圧Vg)を駆動用の電圧として用いている。したがって、ゲート端子に入力される信号レベルが、IC10aの動作電源電圧以下になる場合には、イグナイタ10は非駆動の状態になるため、イグニッションシステム1-1全体として動作が停止することになる。 As described above, the igniter 10 uses the voltage of the signal input to the gate terminal from the ECU 4 (gate terminal voltage Vg) as its driving voltage. Therefore, if the signal level input to the gate terminal falls below the operating power supply voltage of IC 10a, the igniter 10 enters a non-driving state, causing the ignition system 1-1 as a whole to stop operating.

イグナイタ10の周辺構成素子の接続関係について説明する。バッテリBaの正極側電源端子は、ECU4の電源端子、コンデンサCVBの一端、一次側コイルL1の一端およびダイオードDaのカソードに接続される。一次側コイルL1の他端は、イグナイタ10のコレクタ端子に接続される。ダイオードDaのアノードは二次側コイルL2の一端に接続され、二次側コイルL2の他端はスパークプラグ3の一端に接続され、スパークプラグ3の他端はGNDに接続される。 The connections of the peripheral components of the igniter 10 will now be described. The positive power terminal of the battery Ba is connected to the power terminal of the ECU 4, one end of the capacitor CVB , one end of the primary coil L1, and the cathode of the diode Da. The other end of the primary coil L1 is connected to the collector terminal of the igniter 10. The anode of the diode Da is connected to one end of the secondary coil L2, the other end of which is connected to one end of the spark plug 3, the other end of which is connected to GND.

バッテリBaの負極側電源端子は、ECU4の基準電源端子、コンデンサCVBの他端、イグナイタ10のエミッタ端子およびGNDに接続される。ECU4の信号出力端子は、イグナイタ10のゲート端子に接続される。なお、イグナイタ10の内部回路構成の詳細については、図5で後述する。 The negative power supply terminal of the battery Ba is connected to the reference power supply terminal of the ECU 4, the other end of the capacitor CVB , the emitter terminal of the igniter 10, and GND. The signal output terminal of the ECU 4 is connected to the gate terminal of the igniter 10. Details of the internal circuit configuration of the igniter 10 will be described later with reference to FIG. 5.

<ECUの構成>
図3はECUの構成の一例を示す図である。ECU4は、レギュレータ40、PNPトランジスタ41、抵抗R41およびコンデンサC41を備える。PNPトランジスタ41の代わりにPチャネルのMOSFETであるPMOSトランジスタを使用してもよい。
<Configuration of ECU>
3 is a diagram showing an example of the configuration of an ECU 4. The ECU 4 includes a regulator 40, a PNP transistor 41, a resistor R41, and a capacitor C41. A PMOS transistor, which is a P-channel MOSFET, may be used instead of the PNP transistor 41.

レギュレータ40の電源端子は、バッテリBaの正極側電源端子に接続されてバッテリ電圧Vbが印加される。レギュレータ40の出力端子は、PNPトランジスタ41のエミッタに接続され、PNPトランジスタ41のコレクタは、抵抗R41の一端に接続される。 The power supply terminal of regulator 40 is connected to the positive power supply terminal of battery Ba, and battery voltage Vb is applied. The output terminal of regulator 40 is connected to the emitter of PNP transistor 41, and the collector of PNP transistor 41 is connected to one end of resistor R41.

抵抗R41の他端は、コンデンサC41の一端およびイグナイタ10のゲート端子に接続され、コンデンサC41の他端およびレギュレータ40の基準電源端子は、GNDに接続される。PNPトランジスタ41のベースには、図示しないプロセッサ等から送信されるIGBTをオン/オフ制御するための信号が入力される。 The other end of resistor R41 is connected to one end of capacitor C41 and the gate terminal of igniter 10, and the other end of capacitor C41 and the reference power supply terminal of regulator 40 are connected to GND. A signal for controlling the IGBT on/off, sent from a processor or the like (not shown), is input to the base of PNP transistor 41.

ここで、レギュレータ40は、バッテリBaから入力されるバッテリ電圧Vb(12Vから14V程度)から5Vの電圧を出力する。PNPトランジスタ41は、イグナイタ10内部のIGBTをオンさせる場合にはオンし、イグナイタ10のゲート端子にゲート端子電圧Vgが印加される。 Here, regulator 40 outputs a voltage of 5V from battery voltage Vb (approximately 12V to 14V) input from battery Ba. PNP transistor 41 turns on when turning on the IGBT inside igniter 10, and gate terminal voltage Vg is applied to the gate terminal of igniter 10.

また、IGBTをオフさせる場合は、PNPトランジスタ41はオフする。この場合、PNPトランジスタ41がオフすると、コンデンサC41に蓄積されていた電荷がイグナイタ10内部のプルダウン抵抗Rpullを介してGNDに流れていく。したがって、図2に示したプルダウン抵抗Rpullは、ECU4のコンデンサC41に蓄積された電荷を消費する機能およびIGBTのオフ時にゲート電荷を引抜く機能の両方を有している。 Furthermore, when the IGBT is turned off, the PNP transistor 41 is turned off. In this case, when the PNP transistor 41 is turned off, the charge stored in the capacitor C41 flows to GND via the pull-down resistor Rpull inside the igniter 10. Therefore, the pull-down resistor Rpull shown in Figure 2 has both the function of consuming the charge stored in the capacitor C41 of the ECU 4 and the function of drawing out the gate charge when the IGBT is turned off.

<イグニッションシステムの全体動作>
図4はイグニッションシステムの全体動作を示すタイムチャートである。イグナイタ10において、IGBTをスイッチングさせたときの動作を示している。
<Overall operation of the ignition system>
4 is a time chart showing the overall operation of the ignition system, which shows the operation when the IGBTs in the igniter 10 are switched.

〔時刻T0から時刻T1の期間〕ECU4からのオン信号によりゲート端子電圧VgがHレベルになると、イグナイタ10内部のIGBTのゲート電圧VgeはHレベル状態となり、IGBTは通電を開始してコレクタ電流Iceを流す。 [Period from time T0 to time T1] When the gate terminal voltage Vg becomes high due to an on signal from the ECU 4, the gate voltage Vge of the IGBT inside the igniter 10 becomes high, and the IGBT begins to conduct electricity, causing the collector current Ice to flow.

コレクタ電流Iceが急峻に立ち上がらないのは、IGBTの負荷がイグニッションコイル2であるためであり、コレクタ電流Iceは、イグニッションコイル2のL負荷のインダクタンスの影響を受けて緩やかな傾きを持って上昇する。 The collector current Ice does not rise sharply because the IGBT load is the ignition coil 2. The collector current Ice rises at a gradual rate due to the influence of the inductance of the L load of the ignition coil 2.

また、コレクタ電圧Vceは、ゲート端子電圧Vgがオン信号のレベルになる前はバッテリ電圧Vbにほぼ等しい。ECU4からのオン信号がゲート端子に入ってIGBTが通電し始めると、コレクタ電圧Vceは、バッテリ電圧Vbにほぼ等しい電圧からIGBTのオン電圧まで低下する。また、イグニッションコイル2の二次側コイルL2にかかる二次側電圧V2は、コレクタ電流Iceの時間変化分に比例した電圧を出力する。 In addition, the collector voltage Vce is approximately equal to the battery voltage Vb before the gate terminal voltage Vg reaches the level of the ON signal. When the ON signal from the ECU 4 is input to the gate terminal and the IGBT begins to conduct electricity, the collector voltage Vce drops from a voltage approximately equal to the battery voltage Vb to the ON voltage of the IGBT. In addition, the secondary voltage V2 applied to the secondary coil L2 of the ignition coil 2 outputs a voltage proportional to the change in the collector current Ice over time.

なお、時刻T0から時刻T1の期間内において、コレクタ電流Iceが最初は緩やかに上昇し、途中で急峻に上昇している。このコレクタ電流Iceの急峻上昇は、イグニッションコイル2の磁気飽和によるものであり、磁気飽和によってコイルのインピーダンスが下がることでコレクタ電流Iceが流れやすくなるからである。 Note that during the period from time T0 to time T1, the collector current Ice rises gradually at first, then rises sharply midway. This steep rise in collector current Ice is due to magnetic saturation of the ignition coil 2, which reduces the impedance of the coil and makes it easier for the collector current Ice to flow.

〔時刻T1から時刻T2の期間〕イグナイタ10に内蔵される電流制限機能により、コレクタ電流Iceを制限すべくゲート電圧Vgeが制御され(絞られ)、コレクタ電流Iceの電流値が一定値(ICL)を維持する。また、コレクタ電流Iceが一定なのでコレクタ電圧Vceも一定となる。 [Period from time T1 to time T2] The current limiting function built into the igniter 10 controls (throttles) the gate voltage Vge to limit the collector current Ice, and the collector current Ice is maintained at a constant value (I CL ). Furthermore, since the collector current Ice is constant, the collector voltage Vce is also constant.

〔時刻T2から時刻T3の期間〕ECU4からのオフ信号を受け、ゲート端子電圧VgはLレベルに移行し始め、ゲート電圧Vgeも下降していく。時刻T2においてIGBTが遮断を開始することになるのでコレクタ電流Iceが下降する。コレクタ電圧Vceは、コレクタ電流Iceの時間変化に比例して(IGBTの遮断スピードに比例して)上昇するが、イグナイタ10内部のツェナーダイオード群CGZDによりクランプされるので、上昇レベルはクランプ電圧VCLで止まることになる。 [Period from time T2 to time T3] In response to an OFF signal from the ECU 4, the gate terminal voltage Vg begins to transition to the L level, and the gate voltage Vge also begins to decrease. At time T2, the IGBT begins to cut off, causing the collector current Ice to decrease. The collector voltage Vce increases in proportion to the change in the collector current Ice over time (proportional to the cut-off speed of the IGBT), but is clamped by the Zener diode group CGZD inside the igniter 10, so the increasing level stops at the clamp voltage VCL .

例えば、ツェナーダイオード群CGZDの耐圧を400Vとした場合、コレクタ電圧Vceが400Vまで上昇するとツェナーダイオード群CGZDがブレークダウンするので、コレクタ電圧Vceが400Vのクランプ電圧VCLで固定となる。その後、IGBTは、このようなアクティブクランプ動作により、イグニッションコイル2の一次側コイルL1に蓄えられた誘導エネルギを消費していく。 For example, if the breakdown voltage of the Zener diode group CGZD is 400 V, the Zener diode group CGZD will break down when the collector voltage Vce rises to 400 V, and the collector voltage Vce will be fixed at the clamp voltage VCL of 400 V. Thereafter, the IGBT consumes the inductive energy stored in the primary coil L1 of the ignition coil 2 through such active clamp operation.

〔時刻T3以降の期間〕コレクタ電流Iceが流れ切れば、コレクタ電圧Vceはバッテリ電圧Vbに戻り始める。なお、時間帯T3aは、イグニッションコイル2特有の放電持続時間に相当するものである。時間帯T3aではコイルのエネルギがイグナイタ10側に帰還することでコレクタ電圧Vceが数ミリオーダの時間若干持ち上がることになる。時間帯T3a以降においては、コレクタ電圧Vceはバッテリ電圧Vbのレベルに落ち着いていく。 [Period after time T3] Once the collector current Ice has run out, the collector voltage Vce begins to return to the battery voltage Vb. Note that time period T3a corresponds to the discharge duration specific to the ignition coil 2. During time period T3a, the coil energy is fed back to the igniter 10, causing the collector voltage Vce to rise slightly for a few milliseconds. After time period T3a, the collector voltage Vce settles down to the level of the battery voltage Vb.

一方、イグニッションコイル2の二次側電圧V2は、一次側コイルL1との巻き数比に比例した電圧が発生するが、時刻T2でIGBTが遮断することで二次側コイルL2に蓄えられたエネルギが放出されるので、例えば、マイナス数十kV程度の負電圧が発生する。この負電圧がスパーク電圧Vsparkに達すると、スパークプラグ3とGND間の絶縁破壊が破られて放電(点火)が生じることになる。 On the other hand, the secondary voltage V2 of the ignition coil 2 generates a voltage proportional to the winding ratio with respect to the primary coil L1, but when the IGBT is cut off at time T2, the energy stored in the secondary coil L2 is released, generating a negative voltage of, for example, about minus several tens of kV. When this negative voltage reaches the spark voltage Vspark , the insulation between the spark plug 3 and GND breaks down, causing a discharge (ignition).

以上の一連の動作は理想状態であり、実際には上述したような、ハーネスh1の寄生インダクタンス成分によりIGBTの急峻なスイッチング動作に起因した共振ノイズが発生する可能性がある。 The above series of operations is an ideal state, and in reality, as mentioned above, there is a possibility that resonant noise may occur due to the sudden switching operation of the IGBT due to the parasitic inductance component of harness h1.

したがって、本発明では、IGBTのオフ動作時のコレクタ電流Iceの急峻な変化を抑えて共振ノイズの発生を防止し、スパークプラグ3の点火性能を維持してイグニッションシステム1-1の安定動作を可能にするものである。 Therefore, the present invention suppresses sudden changes in the collector current Ice when the IGBT is turned off, preventing the generation of resonant noise, maintaining the ignition performance of the spark plug 3 and enabling stable operation of the ignition system 1-1.

<イグナイタの構成>
図5はイグナイタの回路構成の一例を示す図である。イグナイタ10は、電流のオン/オフを担うIGBT、IGBTを制御するIC10a、電流オフ時に発生する高コレクタ電圧から素子を保護するクランプ用のツェナーダイオード群CGZD、サージ除去を目的としたツェナーダイオードGEZD、IGBTのオフ時にゲート電圧Vgeを引抜くプルダウン抵抗Rpull、抵抗R10およびダイオードDB3を備える。なお、以降では、ツェナーダイオード群CGZDをツェナーダイオードCGZD1、CGZD2で代表させて表現する場合がある。
<Igniter configuration>
5 is a diagram showing an example of the circuit configuration of an igniter. Igniter 10 includes an IGBT that turns current on and off, an IC 10a that controls the IGBT, a group of clamping Zener diodes CGZD that protect the device from a high collector voltage that occurs when the current is off, a Zener diode GEZD for surge removal, a pull-down resistor Rpull that pulls out the gate voltage Vge when the IGBT is off, a resistor R10, and a diode D B3 . Hereinafter, the group of Zener diodes CGZD may be represented by Zener diodes CGZD1 and CGZD2.

IC10aは、引抜き回路11(第1の引抜き回路)、引抜き回路12(第2の引抜き回路)およびダイオードDB1、DB2を備える。引抜き回路11は、検出回路11-1、引抜きMOS11b(第1の引抜きトランジスタ)および抵抗Rp1(第1の抵抗素子)を含み、検出回路11-1は、信号認識回路11aとインバータIN1を含む。 The IC 10a includes an extraction circuit 11 (first extraction circuit), an extraction circuit 12 (second extraction circuit), and diodes D B1 and D B2 . The extraction circuit 11 includes a detection circuit 11-1, an extraction MOS 11b (first extraction transistor), and a resistor Rp1 (first resistive element), and the detection circuit 11-1 includes a signal recognition circuit 11a and an inverter IN1.

引抜き回路12は、論理回路12a、引抜きMOS12b(第2の引抜きトランジスタ)、抵抗Rp2(第2の抵抗素子)およびコンデンサC2を含む。引抜きMOS11b、12bには、NMOSトランジスタが使用されている。 The extraction circuit 12 includes a logic circuit 12a, an extraction MOS 12b (second extraction transistor), a resistor Rp2 (second resistive element), and a capacitor C2. NMOS transistors are used for the extraction MOSs 11b and 12b.

引抜き回路11において、検出回路11-1は、ゲート端子電圧Vgを電源として動作し、信号認識回路11aは、ECU4から送信されるIGBTのオン/オフを指示する信号を認識する。信号認識回路11aの出力電圧V1は、インバータIN1を介して反転され、インバータIN1の出力電圧Mg1(第1の駆動信号)が引抜きMOS11bのゲートに入力される。 In the extraction circuit 11, the detection circuit 11-1 operates using the gate terminal voltage Vg as its power source, and the signal recognition circuit 11a recognizes signals sent from the ECU 4 that instruct the IGBT to turn on or off. The output voltage V1 of the signal recognition circuit 11a is inverted via the inverter IN1, and the output voltage Mg1 (first drive signal) of the inverter IN1 is input to the gate of the extraction MOS 11b.

引抜き回路12において、論理回路12aは、電圧Vsを電源として動作し、IGBTのコレクタ電圧から生成した電圧と、所定の電圧とを比較し、比較結果にもとづく出力電圧Mg2(第2の駆動信号)を生成して、引抜きMOS12bのゲートに入力する。 In the extraction circuit 12, the logic circuit 12a operates using voltage Vs as a power supply, compares the voltage generated from the IGBT collector voltage with a predetermined voltage, and generates an output voltage Mg2 (second drive signal) based on the comparison result, which is input to the gate of extraction MOS 12b.

各構成素子の接続関係について説明する。ゲート端子は、ツェナーダイオードGEZDのカソード、プルダウン抵抗Rpullの一端、抵抗Rgの一端、ダイオードDB1のアノードおよび信号認識回路11aの電源端子に接続される。 The connection relationships of the components will be described below: The gate terminal is connected to the cathode of the Zener diode GEZD, one end of the pull-down resistor Rpull, one end of the resistor Rg, the anode of the diode D B1 , and the power supply terminal of the signal recognition circuit 11a.

コレクタ端子は、IGBTのコレクタ、ツェナーダイオードCGZD1のカソード、抵抗R10の一端および論理回路12aの一方の入力端子に接続され、ツェナーダイオードCGZD1のアノードは、ツェナーダイオードCGZD2のアノードに接続される。抵抗Rgの他端は、抵抗Rp1の一端、抵抗Rp2の一端、ツェナーダイオードCGZD2のカソード、ダイオードDB2のアノードおよびIGBTのゲートに接続される。 The collector terminal is connected to the collector of the IGBT, the cathode of the Zener diode CGZD1, one end of the resistor R10, and one input terminal of the logic circuit 12a, and the anode of the Zener diode CGZD1 is connected to the anode of the Zener diode CGZD2. The other end of the resistor Rg is connected to one end of the resistor Rp1, one end of the resistor Rp2, the cathode of the Zener diode CGZD2, the anode of the diode DB2 , and the gate of the IGBT.

抵抗R10の他端は、ダイオードDB3のアノードに接続され、ダイオードDB3のカソードは、ダイオードDB1のカソード、ダイオードDB2のカソード、論理回路12aの電源端子およびコンデンサC2の一端に接続される。 The other end of the resistor R10 is connected to the anode of a diode D_B3 , the cathode of which is connected to the cathode of diode D_B1 , the cathode of diode D_B2 , the power supply terminal of the logic circuit 12a, and one end of a capacitor C2.

信号認識回路11aの出力端子は、インバータIN1の入力端子および論理回路12aの他方の入力端子に接続される。インバータIN1の出力端子は、引抜きMOS11bのゲートに接続され、抵抗Rp1の他端は、引抜きMOS11bのドレインに接続される。論理回路12aの出力端子は、引抜きMOS12bのゲートに接続され、抵抗Rp2の他端は、引抜きMOS12bのドレインに接続される。 The output terminal of the signal recognition circuit 11a is connected to the input terminal of the inverter IN1 and the other input terminal of the logic circuit 12a. The output terminal of the inverter IN1 is connected to the gate of the pull-out MOS 11b, and the other end of the resistor Rp1 is connected to the drain of the pull-out MOS 11b. The output terminal of the logic circuit 12a is connected to the gate of the pull-out MOS 12b, and the other end of the resistor Rp2 is connected to the drain of the pull-out MOS 12b.

エミッタ端子は、ツェナーダイオードGEZDのアノード、プルダウン抵抗Rpullの他端、信号認識回路11aの基準電源端子、引抜きMOS11bのソース、コンデンサC2の他端、論理回路12aの基準電源端子、引抜きMOS12bのソースおよびIGBTのエミッタに接続される。 The emitter terminal is connected to the anode of the Zener diode GEZD, the other end of the pull-down resistor Rpull, the reference power supply terminal of the signal recognition circuit 11a, the source of the pull-down MOS 11b, the other end of the capacitor C2, the reference power supply terminal of the logic circuit 12a, the source of the pull-down MOS 12b, and the emitter of the IGBT.

<引抜き回路のシンク能力>
上述したように、従来構成のIGBTのオフ時におけるIGBTの急峻なスイッチング動作は共振ノイズを発生させるので、本発明のイグナイタ10では、引抜き回路11、12を含むIC10aを用いて、IGBTのゲート電荷を2段階に分けて引抜いて共振ノイズの発生を抑制する。
<Sink capacity of the extraction circuit>
As described above, the steep switching operation of an IGBT with a conventional configuration when it is turned off generates resonant noise, so the igniter 10 of the present invention uses an IC 10a including extraction circuits 11 and 12 to extract the gate charge of the IGBT in two stages, thereby suppressing the generation of resonant noise.

ここで、IGBTのオフ時のコレクタ電流の下降におけるdI/dt(電流変化率)が所定値以上のときにIGBTのエミッタに誘起電圧が生じてノイズが発生する。したがって、第1のシンク能力を有する引抜き回路11は、dI/dtが所定値未満となる(引抜き速度の変化がノイズ発生のトリガとならない)第1の引抜き速度でIGBTのゲートからゲート電荷を引抜く。さらに、第2のシンク能力を有する引抜き回路12は、IGBTの所定のスイッチング時間内でIGBTがオフとなるような第2の引抜き速度でゲート電荷を引抜く(この場合の第1の引抜き速度から第2の引抜き速度への変化も共振ノイズの発生トリガにはならない引抜き速度の変化である)。 Here, when the dI/dt (rate of change of current) during the drop in the collector current when the IGBT is off is equal to or greater than a predetermined value, an induced voltage is generated at the emitter of the IGBT, generating noise. Therefore, the extraction circuit 11, which has a first sink capacity, extracts gate charge from the gate of the IGBT at a first extraction speed at which dI/dt is less than a predetermined value (a change in extraction speed does not trigger noise generation). Furthermore, the extraction circuit 12, which has a second sink capacity, extracts gate charge at a second extraction speed at which the IGBT turns off within the IGBT's predetermined switching time (a change from the first extraction speed to the second extraction speed in this case is also a change in extraction speed that does not trigger resonant noise generation).

すなわち、1段階目の第1期間では、引抜き回路11は、コレクタ電流Iceが共振ノイズ発生のトリガとはなりえないdI/dtになるように、IGBTのゲートからゲート電荷を緩やかに引抜いてコレクタ電流Iceの下降を緩やかにする。一方、2段階目の第2期間では、引抜き回路12は、ゲート電荷を第1期間のときよりも強く引抜いて、所定のスイッチング時間を保つようにする。 That is, during the first period of the first stage, the extraction circuit 11 gently extracts gate charge from the IGBT gate to slow the decline of the collector current Ice so that the collector current Ice has a dI/dt that does not trigger the generation of resonant noise. On the other hand, during the second period of the second stage, the extraction circuit 12 extracts gate charge more strongly than during the first period to maintain the specified switching time.

このように、第1期間でのゲート電荷の引抜きは、抵抗Rp1および引抜きMOS11b等を含む引抜き回路11で行われ、第2期間でのゲート電荷の引抜きは、抵抗Rp2および引抜きMOS12b等を含む引抜き回路12で行われる。以下、より具体的な引抜き動作について説明する。 In this way, the gate charge is extracted during the first period by extraction circuit 11, which includes resistor Rp1 and extraction MOS 11b, and the gate charge is extracted during the second period by extraction circuit 12, which includes resistor Rp2 and extraction MOS 12b. The extraction operation is described in more detail below.

引抜きMOS11b、12bが同一サイズであるとする。この場合、引抜き回路11では、第1期間においてコレクタ電流Iceの立ち下がりが、図13に示した従来構成のイグナイタ110に比べて緩やかになるようにゲート電荷を引抜きたいので、抵抗Rp1は、図13に示した抵抗Rpに比べて高インピーダンス(高抵抗値)に設定される。 Let's assume that extraction MOS 11b and 12b are the same size. In this case, in extraction circuit 11, we want to extract gate charge so that the fall of collector current Ice during the first period is more gradual than in the conventional igniter 110 shown in Figure 13, so resistor Rp1 is set to a higher impedance (higher resistance value) than resistor Rp shown in Figure 13.

また、引抜き回路12では、第2期間においてコレクタ電流Iceの立ち下がりが、図13に示した従来構成のイグナイタ110に比べて急峻になるようにゲート電荷を引抜きたいので、抵抗Rp2は、図13に示した抵抗Rpに比べて低インピーダンス(低抵抗値)に設定される。抵抗Rp、Rp1、Rp2の抵抗値の大小関係を示すと、Rp2<Rp<Rp1となる。 Furthermore, in the extraction circuit 12, it is desired to extract gate charge so that the fall of the collector current Ice during the second period is steeper than that of the igniter 110 of the conventional configuration shown in FIG. 13. Therefore, resistor Rp2 is set to a lower impedance (lower resistance value) than resistor Rp shown in FIG. 13. The relationship in magnitude between the resistance values of resistors Rp, Rp1, and Rp2 is Rp2<Rp<Rp1.

このように、引抜きMOS11b、12bが同一サイズの場合、抵抗Rpに対して、引抜き回路11内の抵抗Rp1を高インピーダンスにし、引抜き回路12内の抵抗Rp2を低インピーダンスにする。これにより、引抜き回路11の第1のシンク能力を従来構成のイグナイタ110のシンク能力よりも低くし、引抜き回路12の第2のシンク能力を引抜き回路11の第1のシンク能力よりも高く設定することができる。 In this way, when the pull-out MOSs 11b and 12b are the same size, the resistor Rp1 in the pull-out circuit 11 has a high impedance relative to the resistor Rp, and the resistor Rp2 in the pull-out circuit 12 has a low impedance. This makes it possible to set the first sink capacity of the pull-out circuit 11 lower than the sink capacity of the igniter 110 of the conventional configuration, and the second sink capacity of the pull-out circuit 12 higher than the first sink capacity of the pull-out circuit 11.

一方、抵抗Rp1、Rp2を配置しない構成とする。抵抗Rp1、Rp2を配置しない構成とした場合、引抜きMOS11bのドレインおよび引抜きMOS12bのドレインはIGBTのゲートに接続される。 On the other hand, a configuration is assumed in which resistors Rp1 and Rp2 are not provided. In this configuration in which resistors Rp1 and Rp2 are not provided, the drains of pull-out MOS 11b and pull-out MOS 12b are connected to the gates of the IGBTs.

この場合、引抜き回路11では、第1期間においてコレクタ電流Iceの立ち下がりが、図13に示した従来構成のイグナイタ110に比べて緩やかになるようにゲート電荷を引抜きたいので、引抜きMOS11bのサイズを、図13に示した引抜きMOS13のサイズに比べて小さく設定して、引抜きMOS11bのオン抵抗値を引抜きMOS13のオン抵抗値よりも大きくする。 In this case, the extraction circuit 11 is intended to extract gate charge so that the fall of the collector current Ice during the first period is more gradual than in the igniter 110 of the conventional configuration shown in FIG. 13. Therefore, the size of the extraction MOS 11b is set smaller than the size of the extraction MOS 13 shown in FIG. 13, and the on-resistance of the extraction MOS 11b is set larger than the on-resistance of the extraction MOS 13.

また、引抜き回路12では、第2期間においてコレクタ電流Iceの立ち下がりが、図13に示した従来構成のイグナイタ110に比べて急峻になるようにゲート電荷を引抜きたいので、引抜きMOS12bのサイズを、引抜きMOS13のサイズに比べて大きく設定して、引抜きMOS12bのオン抵抗値を引抜きMOS13のオン抵抗値よりも小さくする。引抜きMOS13、11b、12bのサイズの大小関係を示すと、(引抜きMOS11bのサイズ)<(引抜きMOS13のサイズ)<(引抜きMOS12bのサイズ)となる。 Furthermore, in the extraction circuit 12, it is desired to extract gate charge so that the fall of the collector current Ice during the second period is steeper than that of the igniter 110 of the conventional configuration shown in FIG. 13. Therefore, the size of extraction MOS 12b is set larger than the size of extraction MOS 13, and the on-resistance of extraction MOS 12b is set smaller than the on-resistance of extraction MOS 13. The size relationship between extraction MOS 13, 11b, and 12b is (size of extraction MOS 11b) < (size of extraction MOS 13) < (size of extraction MOS 12b).

このように、抵抗Rp1、Rp2を配置しない構成とした場合(または抵抗Rp1、Rp2を同一抵抗値とした場合でもよい)、引抜きMOS13のサイズに対して、引抜きMOS11bのサイズを小さくし、引抜きMOS12bのサイズを大きくする。これにより、引抜き回路11の第1のシンク能力を従来構成のイグナイタ110のシンク能力よりも低くし、引抜き回路12の第2のシンク能力を引抜き回路11の第1のシンク能力よりも高く設定することができる。 In this way, when resistors Rp1 and Rp2 are not provided (or resistors Rp1 and Rp2 may have the same resistance value), the size of pull-out MOSFET 11b is made smaller and the size of pull-out MOSFET 12b is made larger relative to the size of pull-out MOSFET 13. This makes it possible to set the first sink capacity of pull-out circuit 11 lower than the sink capacity of the igniter 110 in a conventional configuration, and the second sink capacity of pull-out circuit 12 higher than the first sink capacity of pull-out circuit 11.

上記のように、抵抗Rp1、Rp2の抵抗値の調整、または引抜きMOS11b、12bのサイズの調整を行うことで、引抜き回路11、12の双方のシンク能力を柔軟に調整することができる。 As described above, by adjusting the resistance values of resistors Rp1 and Rp2 or adjusting the sizes of pull-out MOSs 11b and 12b, the sink capabilities of both pull-out circuits 11 and 12 can be flexibly adjusted.

<論理回路の構成および動作>
図6は論理回路の構成の一例を示す図である。論理回路12aは、2入力1出力のAND素子adおよびインバータin0を含む論理素子群12a-1、コンパレータcmp、抵抗R0、R1、R2、ダイオードD0およびリファレンス電源部Vrefを備える。
<Configuration and operation of logic circuit>
6 is a diagram showing an example of the configuration of a logic circuit 12a. The logic circuit 12a includes a logic element group 12a-1 including a two-input, one-output AND element ad and an inverter in0, a comparator cmp, resistors R0, R1, and R2, a diode D0, and a reference power supply unit Vref.

抵抗R0の一端はコレクタ端子に接続され、抵抗R0の他端は、抵抗R1の一端およびダイオードD0のカソードに接続される。コンパレータcmpの非反転入力端子は、抵抗R1の他端および抵抗R2の一端に接続されて電圧Vが入力され、コンパレータcmpの反転入力端子は、リファレンス電源部Vrefの正極側電源端子に接続されて所定の電圧Vが入力される。ダイオードD0のアノードは、抵抗R2の他端、リファレンス電源部Vrefの負極側電源端子およびエミッタ端子に接続される。 One end of resistor R0 is connected to the collector terminal, and the other end of resistor R0 is connected to one end of resistor R1 and the cathode of diode D0. The non-inverting input terminal of comparator cmp is connected to the other end of resistor R1 and one end of resistor R2 and receives voltage VD , while the inverting input terminal of comparator cmp is connected to the positive power supply terminal of reference power supply Vref and receives a predetermined voltage VR . The anode of diode D0 is connected to the other end of resistor R2, the negative power supply terminal of reference power supply Vref, and the emitter terminal.

インバータin0の入力端子は、信号認識回路11aの出力端子が接続して電圧V1が入力される。インバータin0の出力端子は、AND素子adの一方の入力端子に接続される。 The input terminal of inverter in0 is connected to the output terminal of signal recognition circuit 11a, and voltage V1 is input. The output terminal of inverter in0 is connected to one input terminal of AND element ad.

コンパレータcmpの出力端子は、AND素子adの他方の入力端子に接続され、AND素子adの出力端子は、引抜きMOS12bのゲートに接続されて電圧Mg2が出力される。なお、論理回路12a内の各構成素子(AND素子ad、インバータin0、コンパレータcmp)の電源は、図5に示す電圧Vsが入力される。 The output terminal of the comparator cmp is connected to the other input terminal of the AND element ad, and the output terminal of the AND element ad is connected to the gate of the extraction MOS 12b, from which voltage Mg2 is output. The power supply for each component element in the logic circuit 12a (AND element ad, inverter in0, comparator cmp) is supplied with voltage Vs, as shown in Figure 5.

上記のように、コンパレータcmpは、コレクタ端子とエミッタ端子間の抵抗分圧の電圧Vと、リファレンス電源部Vrefが出力する所定の電圧Vとを比較する。そして、コンパレータcmpの出力と、信号認識回路11aの出力(電圧V1)との論理にもとづいて決まる論理素子群12a-1の出力信号である電圧Mg2が引抜きMOS12bのゲートに入力される。 As described above, the comparator cmp compares the voltage VD of the resistor-divided voltage between the collector terminal and the emitter terminal with the predetermined voltage VR output by the reference power supply unit Vref. Then, the voltage Mg2, which is the output signal of the logic element group 12a-1 determined based on the logic of the output of the comparator cmp and the output (voltage V1) of the signal recognition circuit 11a, is input to the gate of the extraction MOS 12b.

図7は論理回路の動作論理を示す図である。論理テーブル5において、コンパレータcmpの出力電圧がLレベルであり、信号認識回路11aの出力電圧V1(ECU4からの信号のオン、オフを示すレベルに相当)がLレベルの場合、AND素子adの出力(論理回路12aの出力電圧Mg2)はLレベルとなり、引抜きMOS12bはオフする。また、コンパレータcmpの出力電圧がLレベルであり、信号認識回路11aの出力電圧V1がHレベルの場合、論理回路12aの出力電圧Mg2はLレベルとなり、引抜きMOS12bはオフする。 Figure 7 shows the operating logic of the logic circuit. In logic table 5, when the output voltage of comparator cmp is low and the output voltage V1 of signal recognition circuit 11a (corresponding to the level indicating the on/off state of the signal from ECU 4) is low, the output of AND element ad (output voltage Mg2 of logic circuit 12a) becomes low, and pull-out MOS 12b turns off. Also, when the output voltage of comparator cmp is low and the output voltage V1 of signal recognition circuit 11a is high, the output voltage Mg2 of logic circuit 12a becomes low, and pull-out MOS 12b turns off.

コンパレータcmpの出力電圧がHレベルであり、信号認識回路11aの出力電圧V1がLレベルの場合、論理回路12aの出力電圧Mg2はHレベルとなり、引抜きMOS12bはオンする(このときゲート電荷の引抜きが行われる)。また、コンパレータcmpの出力電圧がHレベルであり、信号認識回路11aの出力電圧V1がHレベルの場合、論理回路12aの出力電圧Mg2はLレベルとなり、引抜きMOS12bはオフする。 When the output voltage of the comparator cmp is H level and the output voltage V1 of the signal recognition circuit 11a is L level, the output voltage Mg2 of the logic circuit 12a becomes H level and the pull-out MOS 12b turns on (at this time, gate charge is pulled out). Also, when the output voltage of the comparator cmp is H level and the output voltage V1 of the signal recognition circuit 11a is H level, the output voltage Mg2 of the logic circuit 12a becomes L level and the pull-out MOS 12b turns off.

<論理回路の電源電圧>
図8は論理回路に供給される電源電圧の生成を説明するための図である。電圧Vsは、IGBTのオン/オフによらず一定の電位が確保されて論理回路12aに供給される。イグナイタ10では、状態st1、st2、st3になっても高電位になる箇所から電圧Vsを確保して論理回路12aに安定した電源供給を行えるように構成されている。以下、電圧Vsが一定値で確保されることについて説明する。
<Power supply voltage for logic circuits>
8 is a diagram for explaining the generation of the power supply voltage supplied to the logic circuit. The voltage Vs is maintained at a constant potential regardless of whether the IGBT is on or off and is supplied to the logic circuit 12a. The igniter 10 is configured to maintain the voltage Vs from a point that becomes a high potential even in states st1, st2, and st3, thereby providing a stable power supply to the logic circuit 12a. The fact that the voltage Vs is maintained at a constant value will be explained below.

〔状態st1〕ゲート端子の信号電位Vgがオフの場合である。このとき、ゲート端子電圧Vgとゲート電圧Vgeは、ほぼ0Vに等しい(Vg≒Vge≒0V)。一方、コレクタ端子の電圧Vc(コレクタ端子電圧)は、バッテリ電圧Vbとほぼ等しい(Vc≒Vb)。したがって、抵抗R10およびダイオードDB3を介して所定の電圧Vs(論理回路12aが正常動作可能な電圧)が生成・確保されて論理回路12aに供給される。 [State st1] This is the case when the signal potential Vg of the gate terminal is OFF. At this time, the gate terminal voltage Vg and the gate voltage Vge are approximately equal to 0 V (Vg ≒ Vge ≒ 0 V). Meanwhile, the collector terminal voltage Vc (collector terminal voltage) is approximately equal to the battery voltage Vb (Vc ≒ Vb). Therefore, a predetermined voltage Vs (a voltage that allows the logic circuit 12a to operate normally) is generated and secured via resistor R10 and diode DB3 and supplied to the logic circuit 12a.

〔状態st2〕ゲート端子の信号電位Vgがオンの場合である。このとき、ECU4からHレベル信号が入力するのでゲート端子電圧Vgは5Vであり、ゲート電圧Vgeは0Vからゲート端子電圧Vgの範囲内の電位となる(Vg≒5V、0V<<Vge<Vg)。また、IGBTはオンするから、コレクタ端子電圧Vcは、オン状態におけるコレクタ・エミッタ間飽和電圧Vcesatであり、例えば、1Vまで低くなる(Vc=Vcesat≒1V)。したがって、ダイオードDB1を介して所定の電圧Vsが生成・確保されて論理回路12aに供給される。 [State st2] This is the case when the signal potential Vg of the gate terminal is ON. At this time, an H-level signal is input from the ECU 4, so the gate terminal voltage Vg is 5 V, and the gate voltage Vge is a potential within the range of 0 V to the gate terminal voltage Vg (Vg ≈ 5 V, 0 V << Vge < Vg). Furthermore, since the IGBT is ON, the collector terminal voltage Vc is the collector-emitter saturation voltage Vcesat in the ON state, which drops to, for example, 1 V (Vc = Vcesat ≈ 1 V). Therefore, a predetermined voltage Vs is generated and maintained via the diode D B1 and supplied to the logic circuit 12a.

〔状態st3〕ゲート端子の信号電位Vgがオンからオフへの遷移直後の場合(IGBTの遮断開始の場合)である。このとき、ECU4からの信号の電位はオフ動作しているが、IGBTはまだオン状態を維持している。すなわち、ゲート端子電圧Vgは低下していくがゲート電圧Vgeは下がり切れてない状態であり、IGBTはオンしている。このため、ゲート端子電圧Vgはゲート電圧Vgeより小さいか等しく、また、コレクタ端子電圧Vcは、コレクタ・エミッタ間飽和電圧Vcesatに等しい(Vg≦Vge、Vc=Vcesat)。したがって、ダイオードDB2を介して所定の電圧Vsが生成・確保されて論理回路12aに供給される。 [State st3] This is the state immediately after the gate terminal signal potential Vg transitions from on to off (when the IGBT begins to turn off). At this time, the signal potential from the ECU 4 is in an off state, but the IGBT is still maintained in an on state. That is, the gate terminal voltage Vg is decreasing, but the gate voltage Vge has not yet decreased completely, and the IGBT is on. Therefore, the gate terminal voltage Vg is smaller than or equal to the gate voltage Vge, and the collector terminal voltage Vc is equal to the collector-emitter saturation voltage Vcesat (Vg≦Vge, Vc=Vcesat). Therefore, a predetermined voltage Vs is generated and maintained via diode DB2 and supplied to the logic circuit 12a.

上記のように、論理回路12aの電源電圧は、逆流防止用のダイオードDB1、DB2、DB3を介して、ゲート端子側(ゲート端子電圧Vg)、ゲート電圧Vge側およびコレクタ端子側(コレクタ端子電圧Vc)からそれぞれ供給される。 As described above, the power supply voltage for the logic circuit 12a is supplied from the gate terminal side ( gate terminal voltage Vg), gate voltage Vge side, and collector terminal side (collector terminal voltage Vc) via the backflow prevention diodes D B1 , D B2 , and D B3 , respectively.

このため、イグナイタ10のIGBTがどのようなスイッチング動作をしている場合でも論理回路12aに対して、論理回路12aの動作可能な電圧Vsを確保して安定供給することができる。なお、電圧Vsの過渡的な電圧変動を低減するために論理回路12aの直近にはコンデンサC2が接続されているが、電圧Vsが上昇しすぎてしまう事を想定し、コンデンサC2と並列に保護ダイオードをさらに付加する構成にしてもよい。 As a result, regardless of the switching operation of the IGBTs in the igniter 10, a stable voltage Vs can be ensured and supplied to the logic circuit 12a, ensuring operation of the logic circuit 12a. Note that a capacitor C2 is connected in close proximity to the logic circuit 12a to reduce transient fluctuations in the voltage Vs, but in case the voltage Vs rises too much, a protective diode may be added in parallel with the capacitor C2.

<イグナイタの動作>
図9はイグナイタの動作を示すタイムチャートである。以降では引抜きMOS11b、12bのサイズを調整してシンク能力に差異を付けたものとして説明する。
<Igniter operation>
9 is a time chart showing the operation of the igniter. In the following description, it is assumed that the sizes of the pull-out MOSFETs 11b and 12b are adjusted to provide different sink capabilities.

〔時刻t0から時刻t1の期間〕ECU4からIGBTのオフ信号が信号認識回路11aで認識されて、信号認識回路11aは、Hレベルの電圧Mg1を引抜きMOS11bのゲートに入力する。そして、引抜きMOS11bは、オンしてIGBTのゲートからゲート電荷を引抜く。なお、引抜きMOS11bの第1のシンク能力を従来構成の引抜きMOS13のシンク能力よりも下げた分、ゲート電圧Vgeがミラー電圧に達するまでの期間(時刻t0から時刻t1の期間)が延びる。 [Period from time t0 to time t1] The IGBT off signal from the ECU 4 is recognized by the signal recognition circuit 11a, which then inputs a high-level voltage Mg1 to the gate of the pull-out MOS 11b. The pull-out MOS 11b then turns on and pulls out the gate charge from the IGBT gate. Note that because the first sink capability of the pull-out MOS 11b is reduced compared to the sink capability of the pull-out MOS 13 in the conventional configuration, the period (period from time t0 to time t1) until the gate voltage Vge reaches the mirror voltage is extended accordingly.

〔時刻t1から時刻t2の期間〕引抜きMOS11bの第1のシンク能力を引抜きMOS13のシンク能力よりも下げた分、ミラー領域に相当する時刻t1から時刻t2の期間が延びる。また、図14に比べて、コレクタ電圧Vceの上昇のdV/dtは緩やかになる。 [Period from time t1 to time t2] The period from time t1 to time t2, which corresponds to the mirror region, is extended by the amount that the first sink capability of pull-out MOS 11b is lower than the sink capability of pull-out MOS 13. Also, the dV/dt of the rise in collector voltage Vce is gentler than in Figure 14.

〔時刻t2から時刻taの期間〕ミラー領域が終了し、コレクタ電流Iceは下降を始めるが、引抜きMOS11bの第1のシンク能力が図13に示した引抜きMOS13よりも低いため、図14に比べてdI/dtは緩やかに変化する。また、コレクタ電圧Vceは、時刻t2から上昇を強めるが、引抜きMOS11bの第1のシンク能力を下げた分、dV/dtは緩やかに抑えられている。 [Period from time t2 to time ta] The mirror region ends and the collector current Ice begins to fall, but because the first sink capability of pull-out MOS 11b is lower than that of pull-out MOS 13 shown in Figure 13, dI/dt changes more gradually than in Figure 14. Also, the collector voltage Vce begins to rise more rapidly from time t2, but dV/dt is gradually suppressed by the amount that the first sink capability of pull-out MOS 11b is reduced.

〔時刻taから時刻t3の期間〕論理回路12aではコレクタ電圧Vceを抵抗分割で分圧し、分圧電圧Vを通じてコレクタ電圧Vceの上昇を検出している。また、分圧電圧Vは、コレクタ電圧Vceを抵抗分割で分圧した電圧であるからコレクタ電圧Vceの時間変化と同一の挙動を示す。すなわち、Vce={(R0+R1+R2)/R2}×Vである。 [Period from time ta to time t3] In the logic circuit 12a, the collector voltage Vce is divided by resistors, and the rise in the collector voltage Vce is detected through the divided voltage VD. Furthermore, since the divided voltage VD is a voltage obtained by dividing the collector voltage Vce by resistors, it behaves in the same way as the change in the collector voltage Vce over time. That is, Vce = {(R0 + R1 + R2) / R2} x VD .

論理回路12aにおいて、分圧電圧Vが所定の電圧Vを超えると、コンパレータcmpの出力がLレベルからHレベルに反転し、論理回路12aの出力電圧Mg2がLレベルからHレベルになる。引抜きMOS12bは、このタイミング(時刻ta)でオンしてIGBTからのゲート電荷の引抜きを開始する。 In the logic circuit 12a, when the divided voltage VD exceeds a predetermined voltage VR , the output of the comparator cmp is inverted from L level to H level, and the output voltage Mg2 of the logic circuit 12a changes from L level to H level. At this timing (time ta), the extraction MOS 12b is turned on and starts extracting the gate charge from the IGBT.

一方、引抜きMOS12bの第2のシンク能力は、引抜きMOS11bの第1のシンク能力より高く設定してある。このため、コレクタ電圧Vceは、変化点p1を境にして、時刻t2から時刻taの期間のときの緩やかな上昇のときのdV/dtよりも大きなdV/dtにより急峻に上昇する。この変化点p1におけるコレクタ電圧VceであるVcep1は、前述の通り所定の電圧Vに対して論理回路12aの抵抗分割比で定まる値である。すなわち、図6の論理回路12aの場合、Vcep1={(R0+R1+R2)/R2}×Vである。また、Vcep1は理想的にはバッテリ電圧Vbより低い電圧値であるが、引抜きMOS12bの動作タイミングを操作し、コレクタ電流の遮断時間を調整するために定めてもよい。この場合は、Vcep1はバッテリ電圧Vbより高くてもよい。 On the other hand, the second sink capability of the pull-out MOSFET 12b is set higher than the first sink capability of the pull-out MOSFET 11b. Therefore, the collector voltage Vce rises sharply at a dV/dt greater than the dV/dt during the gradual rise from time t2 to time ta, with the transition point p1 as the boundary. Vcep1, which is the collector voltage Vce at this transition point p1, is a value determined by the resistor division ratio of the logic circuit 12a with respect to a predetermined voltage VR , as described above. That is, in the case of the logic circuit 12a of FIG. 6, Vcep1 = {(R0 + R1 + R2) / R2} × VR . Ideally, Vcep1 is a voltage value lower than the battery voltage Vb, but it may be set to adjust the operation timing of the pull-out MOSFET 12b and the cut-off time of the collector current. In this case, Vcep1 may be higher than the battery voltage Vb.

また、コレクタ電流Iceは、変化点p2を境にして、時刻t2から時刻taの期間のときの緩やかな下降のときのdI/dtよりも大きなdI/dtにより急峻に下降する。ただし、このときのコレクタ電流Iceの下降は、図14に示すようなミラー領域の直後のdI/dtほど大きくないので、急峻なdI/dtに起因する共振ノイズを抑制することができる。 Furthermore, the collector current Ice drops sharply from change point p2 with a larger dI/dt than the dI/dt during the gradual drop from time t2 to time ta. However, the drop in collector current Ice at this time is not as large as the dI/dt immediately after the mirror region as shown in Figure 14, so resonant noise caused by the steep dI/dt can be suppressed.

なお、論理回路12aではダイオードD0によるクランプ制御が行われるが、このようなクランプ制御が無い場合、図9中の点線波形A0のように、分圧電圧Vは、コレクタ電圧Vceの分圧比になるまで上昇して、コンパレータcmpの入力上限レベルを超えてしまう可能性がある。 In the logic circuit 12a, clamp control is performed by the diode D0. Without such clamp control, the divided voltage VD may rise to the voltage division ratio of the collector voltage Vce, as shown by the dotted line waveform A0 in FIG. 9, and may exceed the upper input limit level of the comparator cmp.

このため、論理回路12aではクランプ用のダイオードD0を設けることにより、コンパレータcmpの入力保護を行っている。なお、クランプ電圧VCLは、ダイオードD0の耐圧(ブレークダウン電圧)×R2/(R1+R2)となる。 For this reason, the logic circuit 12a is provided with a clamping diode D0 to protect the input of the comparator cmp. The clamp voltage VCL is calculated as the breakdown voltage of the diode D0×R2/(R1+R2).

〔時刻t3から時刻t4の期間〕ツェナーダイオード群CGZDがブレークダウンすることにより、コレクタ端子からゲート電圧Vgeに電荷が供給されるため、ゲート電圧Vgeの下降速度が低下する。ゲート電圧Vgeの下降速度の低下に伴ってコレクタ電流Iceの下降速度も減速し、コレクタ端子に接続される負荷のコイルの蓄積エネルギが放出されるまでコレクタ電流Iceの下降が継続される。 [Period from time t3 to time t4] When the Zener diode group CGZD breaks down, charge is supplied from the collector terminal to the gate voltage Vge, slowing the rate at which the gate voltage Vge falls. As the rate at which the gate voltage Vge falls slows, the rate at which the collector current Ice falls also slows, and the collector current Ice continues to fall until the energy stored in the coil of the load connected to the collector terminal is released.

〔時刻t4から時刻tbの期間〕コレクタ端子からの電荷供給がなくなり、ゲート電圧Vgeは下降を加速させる。なお、上述のように、電圧Vsが内部回路電源として維持できているので、引抜きMOS12bは駆動状態でありゲート電圧Vgeの上昇が抑えられているので、スパークプラグ3の放電ノイズ等の外来ノイズが生じた場合でもIGBTの再オンを防止することができる。 [Period from time t4 to time tb] Charge supply from the collector terminal ceases, accelerating the decline of gate voltage Vge. As mentioned above, voltage Vs can be maintained as the internal circuit power supply, so extraction MOS 12b is in a driven state and the rise in gate voltage Vge is suppressed. This prevents the IGBT from turning on again even if external noise, such as discharge noise from spark plug 3, occurs.

〔時刻tbから時刻t5の期間〕コレクタ電圧Vceの下降が停止して一定となり、ゲート端子電圧Vgおよびゲート電圧Vgeは0Vとなり、IGBTが完全遮断する。
ここで、ECU4からの信号オフ時には信号認識回路11aは動作しないが、このような場合にIGBTのゲート電圧をプルダウン抵抗Rpullのみで引抜くのみの構成では、ノイズやサージの原因によってゲート電圧Vgeが瞬間的に上昇してIGBTが誤動作して再オンしてしまう可能性がある。
[Period from time tb to time t5] The collector voltage Vce stops decreasing and becomes constant, the gate terminal voltage Vg and the gate voltage Vge become 0 V, and the IGBT is completely shut off.
Here, when the signal from the ECU 4 is off, the signal recognition circuit 11a does not operate. In such a case, if the gate voltage of the IGBT is only pulled down by the pull-down resistor Rpull, the gate voltage Vge may rise momentarily due to noise or a surge, causing the IGBT to malfunction and turn on again.

したがって、このようなIGBTの再オンを防止するために、論理回路12a内の分圧電圧Vが所定の電圧Vとなるときのコレクタ電圧Vce=Vcep1が、外部電源の電圧であるバッテリ電圧Vbよりも低くなるように設定される。これにより、信号オフ時に信号認識回路11aが動作せずに引抜きMOS11bがオフしている場合であっても、引抜きMOS12bをオンして動作させることができるので、IGBTを確実にオフさせてノイズやサージによって引き起こされるIGBTの再オンを防止することができる。 Therefore, in order to prevent such re-on of the IGBT, the collector voltage Vce=Vcep1 when the divided voltage VD in the logic circuit 12a becomes a predetermined voltage VR is set to be lower than the battery voltage Vb, which is the voltage of the external power supply. As a result, even if the signal recognition circuit 11a does not operate and the extraction MOS 11b is off when the signal is off, the extraction MOS 12b can be turned on and operated, so that the IGBT can be reliably turned off and the IGBT can be prevented from being re-on due to noise or surges.

なお、所定の電圧Vをバッテリ電圧Vbより高い値で設定すると、イグニッションコイル2のL負荷オフ時の高コレクタ端子電圧のみに引抜きMOS12bが動作する。この場合、再オン防止の効果は薄れる可能性があるが、コレクタ電流Iceの変化点の位置(図9に示す時刻taの変化点p2)を可変にすることが可能である。 If the predetermined voltage V R is set to a value higher than the battery voltage Vb, the pull-out MOS 12 b operates only at a high collector terminal voltage when the L load of the ignition coil 2 is off. In this case, the effect of preventing re-on may be reduced, but it is possible to vary the position of the change point of the collector current Ice (change point p2 at time ta shown in FIG. 9 ).

<本発明と従来との比較>
図10は本発明の動作と従来の動作の波形比較を示す図である。点線波形が図14に示した従来の動作波形、実線波形が図9に示した本発明の動作波形である。従来の動作波形において、期間T11では、ゲート端子電圧Vgの低下と共に、コレクタ電流Iceが急峻に低下している。
<Comparison of the present invention and the prior art>
Figure 10 is a diagram comparing waveforms of the operation of the present invention and the operation of the conventional technique. The dotted waveforms are the conventional operation waveforms shown in Figure 14, and the solid waveforms are the operation waveforms of the present invention shown in Figure 9. In the conventional operation waveforms, during period T11, the collector current Ice drops sharply as the gate terminal voltage Vg drops.

一方、本発明の動作波形において、期間T11aでは、期間T11aの前半部分はシンク能力の低い引抜き回路11でゲート電荷が引抜かれるため、ゲート電圧Vgeの下降が緩やかでミラー領域も長くなり、コレクタ電流Iceの下降も緩やかになって、共振ノイズの発生が抑えられる。 On the other hand, in the operating waveforms of the present invention, during the first half of period T11a, the gate charge is extracted by the extraction circuit 11, which has low sink capacity, so the gate voltage Vge falls slowly, the mirror region is longer, and the collector current Ice also falls slowly, suppressing the generation of resonant noise.

また、期間T11aの後半部分は、シンク能力の高い引抜き回路12で共振ノイズ発生のトリガとはなりえない強さでゲート電荷が引き抜かれるため、ゲート電圧Vgeの下がりが急峻になり、コレクタ電流Iceの下降も急峻になっている。 In addition, in the latter half of period T11a, the gate charge is extracted by the extraction circuit 12, which has high sink capacity, with a strength that is not enough to trigger the generation of resonant noise, so the gate voltage Vge drops sharply and the collector current Ice also drops sharply.

期間T11と期間T11aは同じ時間間隔のスイッチング時間であるので、本発明では、共振ノイズの発生を抑制し、かつスイッチング時間を維持しながら、2段階のゲート電荷引抜きが達成されている。 Because periods T11 and T11a have the same switching time interval, the present invention achieves two-stage gate charge extraction while suppressing the generation of resonance noise and maintaining the switching time.

<イグナイタの変形例>
上述の図5に示したイグナイタ10では、コレクタ端子と逆流防止用のダイオードDB3との間には、高インピーダンスの抵抗素子である抵抗R10が接続されている。このような高抵抗値の抵抗R10を接続しておくことで、コレクタ端子電圧が何らかの要因で上昇した場合でも、イグナイタ10に対して大電流が流れ込むことを抑制することができる。一方、高抵抗値の抵抗R10に代わって、デプレッション型のパワー半導体スイッチを使用することもできる。
<Modification of Igniter>
5, a resistor R10, which is a high-impedance resistive element, is connected between the collector terminal and the backflow prevention diode D B3 . By connecting such a high-resistance resistor R10, it is possible to prevent a large current from flowing into the igniter 10 even if the collector terminal voltage rises for some reason. Alternatively, a depletion-type power semiconductor switch can be used instead of the high-resistance resistor R10.

図11はイグナイタの変形例を示す図である。イグナイタ10-1は、抵抗R10の代わりに、デプレッション型のパワー半導体スイッチであるdep-IGBT14を使用したものである。 Figure 11 shows a modified igniter. Igniter 10-1 uses a dep-IGBT 14, a depletion-type power semiconductor switch, instead of resistor R10.

dep-IGBT14のコレクタは、コレクタ端子、ツェナーダイオードCGZD1のカソードおよび論理回路12aの一方の入力端子に接続される。dep-IGBT14のゲートは、dep-IGBT14のエミッタおよびダイオードDB3のアノードに接続される。その他の構成は図5と同じである。 The collector of the dep-IGBT 14 is connected to the collector terminal, the cathode of the Zener diode CGZD1, and one input terminal of the logic circuit 12a. The gate of the dep-IGBT 14 is connected to the emitter of the dep-IGBT 14 and the anode of the diode D B3 . The other configurations are the same as those in FIG. 5.

dep-IGBT14は、イグナイタ10内のメインのIGBTと略等しい耐圧を有したデプレッション型のIGBTであり、ゲート・エミッタ間をショートさせ、ピンチオフ電圧をバッテリ電圧Vbよりも高くした高ピンチオフ電圧を有しており、高抵抗値の抵抗R10と同様の役割を持たせることができる。 The dep-IGBT 14 is a depression-type IGBT with a breakdown voltage roughly equal to that of the main IGBT in the igniter 10. It has a high pinch-off voltage that is higher than the battery voltage Vb by shorting the gate and emitter, and can function similarly to the high-resistance resistor R10.

<論理回路の変形例>
図12は論理回路の変形例を示す図である。図6では、コレクタ電圧が一端から供給される抵抗R0を高インピーダンスの抵抗素子としたが、論理回路12a1では、図11と同様にして、高抵抗値の抵抗R0に代わって、デプレッション型のパワー半導体スイッチであるdep-IGBT15を使用するものである。
<Modification of logic circuit>
Fig. 12 is a diagram showing a modification of the logic circuit. In Fig. 6, the resistor R0 to which the collector voltage is supplied from one end is a high-impedance resistive element, but in the logic circuit 12a1, a dep-IGBT 15, which is a depletion-type power semiconductor switch, is used instead of the resistor R0 with a high resistance value, as in Fig. 11.

以上説明したように、本発明によれば、第1の引抜き回路は、半導体スイッチのオフの指示を検出した場合に、第1のシンク能力で半導体スイッチのゲートからゲート電荷を引抜き、第2の引抜き回路は、半導体スイッチのコレクタ電圧から生成した電圧が所定の電圧以上の場合に、第1のシンク能力よりも高い第2のシンク能力でゲート電荷を引抜く。 As described above, according to the present invention, when a command to turn off the semiconductor switch is detected, the first extraction circuit extracts gate charge from the gate of the semiconductor switch with a first sink capacity, and when the voltage generated from the collector voltage of the semiconductor switch is equal to or higher than a predetermined voltage, the second extraction circuit extracts gate charge with a second sink capacity higher than the first sink capacity.

このような構成により、ノイズの発生を防止して装置の安定動作が可能になる。また、2段階のゲート電荷の引抜きにおいて、第1の引抜き回路のシンク能力を下げることにより生じるストレージ時間の遅延を、シンク能力の高い第2の引抜き回路でゲート電荷を引抜くことにより立ち下がり時間を短くして遅延を解消するので、所望のスイッチング時間内でIGBTをオフさせることができ、スイッチング損失を抑制することができる。 This configuration prevents noise generation and enables stable device operation. Furthermore, in the two-stage gate charge extraction, the storage time delay caused by reducing the sink capacity of the first extraction circuit is eliminated by extracting the gate charge using the second extraction circuit, which has a higher sink capacity, thereby shortening the fall time and eliminating the delay. This allows the IGBT to be turned off within the desired switching time, thereby suppressing switching losses.

さらに、ECUからの信号オフ時に第1の引抜き回路の動作が停止した場合も、第2の引抜き回路が動作を継続するので、外来ノイズに対するIGBTの誤った再オンを防止することが可能になる。 Furthermore, even if the operation of the first extraction circuit stops when the signal from the ECU is turned off, the second extraction circuit continues to operate, making it possible to prevent the IGBT from being erroneously turned back on due to external noise.

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。 The above are examples of embodiments, but the configuration of each part shown in the embodiments can be replaced with other parts that have similar functions. Any other components or processes may also be added. Furthermore, any two or more of the configurations (features) of the above-mentioned embodiments may be combined.

1 半導体装置
1a 半導体スイッチ
1b 制御回路
1b1 引抜き回路(第1の引抜き回路)
1b2 引抜き回路(第2の引抜き回路)
ct 半導体スイッチのオン、オフを指示する信号
Ice コレクタ電流
t11 第1のシンク能力によるゲート電荷の引抜き時間
t12 第2のシンク能力によるゲート電荷の引抜き時間
ts スイッチング時間
1 Semiconductor device 1a Semiconductor switch 1b Control circuit 1b1 Extraction circuit (first extraction circuit)
1b2 Extraction circuit (second extraction circuit)
ct: signal that commands the semiconductor switch to be on or off; Ice: collector current; t11: time required for the gate charge to be drawn by the first sink capacity; t12: time required for the gate charge to be drawn by the second sink capacity; ts: switching time;

Claims (14)

半導体スイッチと、
前記半導体スイッチのオフの指示を検出した場合に、第1のシンク能力で前記半導体スイッチのゲートからゲート電荷を引抜く第1の引抜き回路と、前記半導体スイッチのコレクタ電圧から生成した電圧が所定の電圧以上の場合に、前記第1のシンク能力よりも高い第2のシンク能力で前記ゲート電荷を引抜く第2の引抜き回路とを備え、前記半導体スイッチのオン、オフを指示する信号の電圧を電源として駆動する制御回路と、
を有する半導体装置。
A semiconductor switch;
a control circuit including: a first extraction circuit that extracts gate charge from the gate of the semiconductor switch with a first sink capacity when an instruction to turn off the semiconductor switch is detected; and a second extraction circuit that extracts the gate charge with a second sink capacity higher than the first sink capacity when a voltage generated from a collector voltage of the semiconductor switch is equal to or higher than a predetermined voltage, and that is driven by a voltage of a signal that instructs the semiconductor switch to be turned on or off;
A semiconductor device having:
前記半導体スイッチのオフ時のコレクタ電流の下降における電流変化率が所定値以上のときに前記半導体スイッチに誘起電圧が生じてノイズが発生する場合、
前記第1のシンク能力を有する前記第1の引抜き回路は、前記電流変化率が前記所定値未満となる第1の引抜き速度で前記ゲート電荷を引抜き、
前記第2のシンク能力を有する前記第2の引抜き回路は、前記半導体スイッチの所定のスイッチング時間内で前記半導体スイッチがオフとなる第2の引抜き速度で前記ゲート電荷を引抜く、
請求項1記載の半導体装置。
When the rate of change of the collector current falling when the semiconductor switch is turned off is equal to or greater than a predetermined value, an induced voltage is generated in the semiconductor switch, causing noise.
the first extraction circuit having the first sink capability extracts the gate charge at a first extraction speed at which the current change rate is less than the predetermined value;
the second extraction circuit having the second sink capability extracts the gate charge at a second extraction rate at which the semiconductor switch is turned off within a predetermined switching time of the semiconductor switch;
The semiconductor device according to claim 1.
前記第1の引抜き回路は、前記信号のオン、オフを検出する検出回路、第1の抵抗素子および第1の引抜きトランジスタを含み、前記第1の抵抗素子の一端は、前記半導体スイッチのゲートに接続され、前記第1の抵抗素子の他端は、前記第1の引抜きトランジスタのドレインに接続され、前記検出回路からの第1の駆動信号が前記第1の引抜きトランジスタのゲートに入力され、前記第1の引抜きトランジスタのソースは、前記半導体スイッチのエミッタおよび基準電源に接続され、
前記第2の引抜き回路は、前記信号のオフ時に前記コレクタ電圧から生成した電圧と前記所定の電圧とを比較する論理回路、第2の抵抗素子および第2の引抜きトランジスタを含み、前記第2の抵抗素子の一端は、前記半導体スイッチのゲートに接続され、前記第2の抵抗素子の他端は、前記第2の引抜きトランジスタのドレインに接続され、前記論理回路からの第2の駆動信号が前記第2の引抜きトランジスタのゲートに入力され、前記第2の引抜きトランジスタのソースは、前記半導体スイッチのエミッタおよび前記基準電源に接続される、
請求項1記載の半導体装置。
the first extraction circuit includes a detection circuit that detects whether the signal is on or off, a first resistance element, and a first extraction transistor, one end of the first resistance element is connected to the gate of the semiconductor switch, the other end of the first resistance element is connected to the drain of the first extraction transistor, a first drive signal from the detection circuit is input to the gate of the first extraction transistor, and a source of the first extraction transistor is connected to the emitter of the semiconductor switch and a reference power supply;
the second pull-out circuit includes a logic circuit that compares a voltage generated from the collector voltage with the predetermined voltage when the signal is off, a second resistance element, and a second pull-out transistor, one end of the second resistance element is connected to the gate of the semiconductor switch, the other end of the second resistance element is connected to the drain of the second pull-out transistor, a second drive signal from the logic circuit is input to the gate of the second pull-out transistor, and a source of the second pull-out transistor is connected to the emitter of the semiconductor switch and the reference power supply.
The semiconductor device according to claim 1.
前記第1の引抜きトランジスタのサイズと前記第2の引抜きトランジスタのサイズとを同一にし、前記第2の抵抗素子のインピーダンスを前記第1の抵抗素子のインピーダンスよりも低くして、前記第1のシンク能力よりも前記第2のシンク能力を高く設定する、
請求項3記載の半導体装置。
a size of the first pull-out transistor and a size of the second pull-out transistor are made the same, an impedance of the second resistive element is made lower than an impedance of the first resistive element, and the second sink capability is set higher than the first sink capability;
4. The semiconductor device according to claim 3.
前記第1の抵抗素子の抵抗値と前記第2の抵抗素子の抵抗値とを同一にし、前記第2の引抜きトランジスタのサイズを前記第1の引抜きトランジスタのサイズよりも大きくして、前記第1のシンク能力よりも前記第2のシンク能力を高く設定する、
請求項3記載の半導体装置。
a resistance value of the first resistance element and a resistance value of the second resistance element are set to be the same, and a size of the second pull-out transistor is set to be larger than a size of the first pull-out transistor, so that the second sink capability is set to be higher than the first sink capability;
4. The semiconductor device according to claim 3.
前記第1の引抜き回路は、前記信号のオン、オフを検出する検出回路および第1の引抜きトランジスタを含み、前記第1の引抜きトランジスタのドレインは前記半導体スイッチのゲートに接続され、前記検出回路からの第1の駆動信号が前記第1の引抜きトランジスタのゲートに入力され、前記第1の引抜きトランジスタのソースは、前記半導体スイッチのエミッタおよび基準電源に接続され、
前記第2の引抜き回路は、前記信号のオフ時に前記コレクタ電圧から生成した電圧と前記所定の電圧とを比較する論理回路および第2の引抜きトランジスタを含み、前記第2の引抜きトランジスタのドレインは前記半導体スイッチのゲートに接続され、前記論理回路からの第2の駆動信号が前記第2の引抜きトランジスタのゲートに入力され、前記第2の引抜きトランジスタのソースは、前記半導体スイッチのエミッタおよび前記基準電源に接続され、
前記第2の引抜きトランジスタのサイズを前記第1の引抜きトランジスタのサイズよりも大きくして、前記第1のシンク能力よりも前記第2のシンク能力を高く設定する、
請求項1記載の半導体装置。
the first pull-out circuit includes a detection circuit that detects whether the signal is on or off, and a first pull-out transistor, the drain of the first pull-out transistor is connected to the gate of the semiconductor switch, a first drive signal from the detection circuit is input to the gate of the first pull-out transistor, and the source of the first pull-out transistor is connected to the emitter of the semiconductor switch and a reference power supply;
the second pull-out circuit includes a logic circuit that compares a voltage generated from the collector voltage with the predetermined voltage when the signal is off, and a second pull-out transistor, the drain of the second pull-out transistor is connected to the gate of the semiconductor switch, a second drive signal from the logic circuit is input to the gate of the second pull-out transistor, and the source of the second pull-out transistor is connected to the emitter of the semiconductor switch and the reference power supply,
a size of the second pull-out transistor is set larger than a size of the first pull-out transistor, and the second sink capability is set higher than the first sink capability;
The semiconductor device according to claim 1.
前記第2の引抜き回路は、前記信号のオフ時に前記コレクタ電圧から生成した電圧と前記所定の電圧とを比較する論理回路を備え、
前記論理回路の電源は、
前記信号の入力電位がオフの場合、前記半導体スイッチのコレクタ端子の電圧から所定の電源電圧の供給を受け、
前記信号の入力電位がオンの場合、前記信号の電圧から所定の電源電圧の供給を受け、
前記信号の入力電位がオンからオフへ遷移した場合、前記半導体スイッチのゲート電圧から所定の電源電圧の供給を受ける、
請求項1記載の半導体装置。
the second extraction circuit includes a logic circuit that compares a voltage generated from the collector voltage with the predetermined voltage when the signal is off,
The power supply for the logic circuit is
When the input potential of the signal is off, a predetermined power supply voltage is supplied from the voltage of the collector terminal of the semiconductor switch,
When the input potential of the signal is on, a predetermined power supply voltage is supplied from the voltage of the signal,
When the input potential of the signal transitions from on to off, a predetermined power supply voltage is supplied from the gate voltage of the semiconductor switch.
The semiconductor device according to claim 1.
前記論理回路の電源入力端子と前記コレクタ端子との間には前記コレクタ端子の電圧が所定値以上になった場合に前記論理回路に流れる電流を抑制するための抵抗部が設けられる、請求項7記載の半導体装置。 The semiconductor device of claim 7, wherein a resistor is provided between the power supply input terminal of the logic circuit and the collector terminal to suppress current flowing through the logic circuit when the voltage of the collector terminal exceeds a predetermined value. 前記抵抗部は、高インピーダンスの抵抗素子またはデプレッション型のパワー半導体スイッチである、請求項8記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 8, wherein the resistor portion is a high-impedance resistor element or a depletion-type power semiconductor switch. 前記論理回路は、前記コレクタ電圧の分圧電圧を生成する抵抗群、リファレンス電源部、コンパレータ、前記コンパレータの出力結果と前記信号のオン、オフを示すレベルとの論理をとって前記第2の駆動信号を生成する論理素子群とを備え、前記分圧電圧が、前記リファレンス電源部が出力する前記所定の電圧となるときの前記コレクタ電圧は、前記半導体スイッチのコレクタ端子の電圧の供給元である外部電源の電圧よりも低く設定される、請求項3または6記載の半導体装置。 The semiconductor device of claim 3 or 6, wherein the logic circuit comprises a group of resistors that generates a divided voltage of the collector voltage, a reference power supply unit, a comparator, and a group of logic elements that generate the second drive signal by taking the logic of the output result of the comparator and a level indicating the on/off state of the signal, and the collector voltage when the divided voltage becomes the predetermined voltage output by the reference power supply unit is set lower than the voltage of an external power supply that supplies the voltage to the collector terminal of the semiconductor switch. 前記コレクタ電圧の分圧電圧を生成する前記抵抗群のうちの1つであって、前記コレクタ電圧が一端から供給される抵抗素子は、高インピーダンスの抵抗素子またはデプレッション型のパワー半導体スイッチである、請求項10記載の半導体装置。 The semiconductor device of claim 10, wherein one of the resistors that generates a divided voltage of the collector voltage and has one end to which the collector voltage is supplied is a high-impedance resistor or a depletion-type power semiconductor switch. 前記半導体スイッチと、前記第1の引抜き回路および前記第2の引抜き回路を備える前記制御回路とは、同一チップ上に集積化される、請求項1記載の半導体装置。 The semiconductor device of claim 1, wherein the semiconductor switch and the control circuit including the first pull-out circuit and the second pull-out circuit are integrated on the same chip. 半導体スイッチと、前記半導体スイッチのオフの指示を検出した場合に、第1のシンク能力で前記半導体スイッチのゲートからゲート電荷を引抜く第1の引抜き回路と、前記半導体スイッチのコレクタ電圧から生成した電圧が所定の電圧以上の場合に、前記第1のシンク能力よりも高い第2のシンク能力で前記ゲート電荷を引抜く第2の引抜き回路とを備え、電子制御ユニットから出力される前記半導体スイッチのオン、オフを指示する信号の電圧を電源として駆動するイグナイタと、
ハーネスを介して外部電源に接続され、前記半導体スイッチによって発生させた電圧を増幅するイグニッションコイルと、
前記イグニッションコイルから出力される負電圧にもとづいて放電するスパークプラグと、
前記ハーネスを介して、システム内の電源とグランドおよび前記半導体スイッチのエミッタに接続されるコンデンサと、
を有するイグニッションシステム。
an igniter comprising: a semiconductor switch; a first extraction circuit that extracts gate charge from the gate of the semiconductor switch with a first sink capacity when an instruction to turn off the semiconductor switch is detected; and a second extraction circuit that extracts the gate charge with a second sink capacity higher than the first sink capacity when a voltage generated from a collector voltage of the semiconductor switch is equal to or higher than a predetermined voltage, the igniter being driven by a voltage of a signal that is output from an electronic control unit and instructs the semiconductor switch to be turned on or off;
an ignition coil connected to an external power source via a harness and amplifying the voltage generated by the semiconductor switch;
a spark plug that discharges based on the negative voltage output from the ignition coil;
a capacitor connected to a power supply and a ground in the system and to the emitter of the semiconductor switch via the harness;
An ignition system having:
前記半導体スイッチのオフ時のコレクタ電流の下降における電流変化率が所定値以上のときに前記半導体スイッチのエミッタに誘起電圧が生じて、前記誘起電圧により前記ハーネスの寄生インダクタンスと前記コンデンサの容量とによって共振ノイズが発生する場合、
前記第1のシンク能力を有する前記第1の引抜き回路は、前記電流変化率が前記所定値未満となる第1の引抜き速度で前記ゲート電荷を引抜き、
前記第2のシンク能力を有する前記第2の引抜き回路は、前記半導体スイッチの所定のスイッチング時間内で前記半導体スイッチがオフとなる第2の引抜き速度で前記ゲート電荷を引抜く、
請求項13記載のイグニッションシステム。
When the rate of change of the collector current falling when the semiconductor switch is turned off is equal to or greater than a predetermined value, an induced voltage is generated in the emitter of the semiconductor switch, and the induced voltage generates resonance noise due to the parasitic inductance of the harness and the capacitance of the capacitor.
the first extraction circuit having the first sink capability extracts the gate charge at a first extraction speed at which the current change rate is less than the predetermined value;
the second extraction circuit having the second sink capability extracts the gate charge at a second extraction rate at which the semiconductor switch is turned off within a predetermined switching time of the semiconductor switch;
14. The ignition system of claim 13.
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