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汽车点火系统中的智能IGBT设计案例


本文摘要:要产生火花,你所须要的器件还包括电源、电池、变压器(即点燃线圈),以及用作掌控变压器初级电流的电源。

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要产生火花,你所须要的器件还包括电源、电池、变压器(即点燃线圈),以及用作掌控变压器初级电流的电源。电子学教科书告诉他我们V=Ldi/dt。因此,如果线圈初级绕组中的电流再次发生瞬间变化(即di/dt值相当大),初级绕组上将产生高压。如果该点燃线圈的匝之比N,就能按该绕线匝数比缩放原边电压。

结果是次级上将产生10kV到20kV的电压,跨越火花塞间隙。一旦该电压多达间隙周围空气的介电常数,将穿透间隙而构成火花。该火花不会熄灭燃油与空气的混合物,从而产生引擎工作所需的能量(图1)。

  除柴油机外,所有的内燃机中都有一个基本电路(汽车点燃系统)。用作点燃线圈电池的电源元件已经历了相当大演进:从单个机械电源、分电器中的多个断电器触点,到加装在分电器中或分开电子掌控模块中的高压达林顿双近于晶体管,再行到必要加装在火花塞上点燃线圈中的绝缘栅双极性晶体管(IGBT),最后是必要加装在火花塞上点燃线圈中的智能IGBT。图1:汽车点燃系统架构示意图  IGBT的优点  很多年前,IGBT就已沦为点燃应用于中的电源。图2右图为IGBT的剖面图。

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较之于其它技术,IGBT有如下一些最重要优点:  1.大电流下的饱和状态力减少;  2.更容易建构出能处置高压线圈(400~600V)的电路;  3.修改的MOS驱动能力;  4.在线圈出现异常工作时能忍受高能耗(SCIS额定范围内)。  图2右图的点燃IGBT示意图还包括了几个额外的最重要元素。

集电极到栅极的雪崩二极管填创建起导通电压,当集电极被来自线圈的反激或尖峰脉冲强制提高到该电压时,IGBT将导通,此时IGBT不会消耗其正处于活动区时在线圈中积蓄的剩下能量(而不是将其用作产生火花)。使用这种雪崩箝位电路后,IGBT可容许箝位电压,使其相比之下高于N型外延掺入/P形基(Nepi/Pbase)半导体的穿透电压,以保证其安全性运营。这样就能贞着提升点燃IGBT对自箝位电感电源(SCIS)能量的承受能力。而这承受能力是一个额定指标,即点燃线圈中的能量每次被获释为火花时IGBT所吸取的能量。

通过容许初级线圈上的电压,点燃线圈本身也获得过压维护。


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