專利名稱：點(diǎn)火輸出級(jí)的制作方法
現(xiàn)有技術(shù)根據(jù)主要權(quán)利要求分類，發(fā)明涉及的是點(diǎn)火輸出級(jí)。從DE-OS 2339 896中可了解這類點(diǎn)火輸出級(jí)。對(duì)這類已知的內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火輸出級(jí)，將點(diǎn)火線圈的初級(jí)線圈與開關(guān)晶體管的觸頭段串聯(lián)。開關(guān)晶體管是一復(fù)合晶體管電路，穩(wěn)壓二極管與集電極-基極段并聯(lián)。穩(wěn)壓二極管關(guān)注的是，開關(guān)晶體管觸頭段上的電壓不超過一允許值。特別是當(dāng)開關(guān)晶體管的觸頭段轉(zhuǎn)換成未導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)危及到開關(guān)晶體管的高壓，這一高壓由轉(zhuǎn)換到初級(jí)側(cè)的高壓產(chǎn)生。
如果集電極-發(fā)射極-電壓達(dá)到了基極-集電極-二極管的穩(wěn)壓電壓，那么，穩(wěn)壓電流流向點(diǎn)火復(fù)合晶體管的基極。復(fù)合晶體管由此再度被接通，使得在夾頭工作的同時(shí)產(chǎn)生電壓和有電流流動(dòng)，直到在線圈次級(jí)側(cè)出現(xiàn)觸發(fā)火花，并且其余的線圈能量流向火花段。
在通過點(diǎn)火分配器進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)分配或靜止分配時(shí)，點(diǎn)火開關(guān)的點(diǎn)火線圈直接與內(nèi)燃機(jī)相應(yīng)的火花塞相連。此外，在每一連接之間，例如在開關(guān)晶體管和點(diǎn)火線圈之間、在開關(guān)晶體管和地之間以及在點(diǎn)火復(fù)合晶體管的控制開關(guān)電路和點(diǎn)火復(fù)合晶體管的基極之間，可以有很長(zhǎng)的電纜長(zhǎng)度。由于電纜中的電阻和電感具有天線效應(yīng)，使得在點(diǎn)火過程中開關(guān)晶體管的基極電路中有微弱的寄生基極電流，這導(dǎo)致點(diǎn)火電壓只能緩慢地達(dá)到完全點(diǎn)火所需的值，因?yàn)殚_關(guān)晶體管再度受到這一寄生電流的控制。對(duì)于開關(guān)晶體管的基極，通過實(shí)現(xiàn)盡可能短的發(fā)射極電路和集電極電路或通過使用屏蔽控制電路來考慮這一效應(yīng)。發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與已知技術(shù)相比，具有主要要求顯著特征的發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)于寄生作用，發(fā)明給出了一個(gè)簡(jiǎn)單的、價(jià)廉物美的、非常有效的開關(guān)晶體管基極電路的保險(xiǎn)裝置。此外，這一電路可以很好地整體集成。實(shí)施例在附圖中說明了發(fā)明的實(shí)施例。


圖1顯示了具有內(nèi)部單級(jí)夾頭和發(fā)明的短路晶體管的點(diǎn)火輸出級(jí)的第一實(shí)施例；圖2顯示了具有外部多級(jí)夾頭和短路晶體管的點(diǎn)火輸出級(jí)的第二實(shí)施例；圖3顯示了具有內(nèi)部單級(jí)夾頭和短路晶體管的點(diǎn)火輸出級(jí)的第三實(shí)施例；圖4顯示了沒有短路晶體管的夾頭電壓的變化過程；圖5顯示了有短路晶體管的夾頭電壓的變化過程；圖6顯示了點(diǎn)火復(fù)合晶體管中短路晶體管的整體集成。實(shí)施例描述圖1顯示了具有內(nèi)部單級(jí)穩(wěn)壓夾頭的點(diǎn)火輸出級(jí)的原理框圖，與其在內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝置中使用的一樣。圖1中的電路由點(diǎn)火線圈1組成，該點(diǎn)火線圈的次級(jí)側(cè)與一未表示出來的火花塞相連。點(diǎn)火線圈1的初級(jí)線圈一端與電源電壓UB(例如未表示出的汽車的電池)相連，另一端通過大功率晶體管T1接地。在大功率晶體管T1之前先這樣接通驅(qū)動(dòng)晶體管T2，使得產(chǎn)生一個(gè)兩級(jí)的復(fù)合晶體管。大功率晶體管T1的集電極-發(fā)射極段與初級(jí)線圈串聯(lián)，大功率晶體管T1的基極與驅(qū)動(dòng)晶體管T2的發(fā)射極相連。為每個(gè)基極-發(fā)射極-電阻R1或R2配備一個(gè)大功率晶體管T1和激勵(lì)級(jí)T2。
預(yù)先規(guī)定穩(wěn)壓二極管Z1與大功率晶體管T1的集電極-基極段并聯(lián)。當(dāng)切斷點(diǎn)火線圈中的充電電流使大功率晶體管T1感應(yīng)產(chǎn)生高壓時(shí)，穩(wěn)壓二極管Z1用于保護(hù)其不過壓。通過穩(wěn)壓二極管擊穿電流流向大功率晶體管T1的基極以及再度完全控制復(fù)合二極管實(shí)施過壓保護(hù)。這一穩(wěn)壓二極管Z1與復(fù)合晶體管內(nèi)大功率晶體管T1的集電極-基極段并聯(lián)的布置是一個(gè)內(nèi)部單級(jí)夾頭。這一布置已是眾所周知的。發(fā)明的基本特征在于短路晶體管T3的布置，這里，短路晶體管T3的集電極-發(fā)射極段與復(fù)合晶體管的基極-發(fā)射極段并聯(lián)，也就是說，短路晶體管的集電極與驅(qū)動(dòng)晶體管T2的基極接頭相連，短路晶體管T3的發(fā)射極通過接地與驅(qū)動(dòng)晶體管T2的發(fā)射極相連。在復(fù)合晶體管的驅(qū)動(dòng)晶體管T2的集電極與短路晶體管T3基極的連接電路中有電阻R3和第二穩(wěn)壓二極管Z2。當(dāng)復(fù)合晶體管-集電極的電壓接近工作電壓時(shí)，第二穩(wěn)壓二極管Z2用來防止在點(diǎn)火線圈的充電過程中短路晶體管T3受到控制。此外，電阻R3這樣確定在穩(wěn)壓二極管Z1的夾頭電壓為300到400V時(shí)，對(duì)于短路晶體管T3可以流動(dòng)足夠的基極電流。
在圖2中顯示了另一個(gè)實(shí)施例。復(fù)合晶體管和點(diǎn)火線圈的布置與圖1中的布置相對(duì)應(yīng)，并規(guī)定相同的元器件使用相同的參考符號(hào)。與圖1不同的是，這一點(diǎn)火裝置有一外部的多級(jí)夾頭，也就是說，夾頭的穩(wěn)壓二極管Z1在兩級(jí)復(fù)合晶體管之外與驅(qū)動(dòng)晶體管T2的集電極-發(fā)射極段并聯(lián)。此外，二極管D1與處于穩(wěn)壓二極管Z1和驅(qū)動(dòng)晶體管T1基極接頭之間的第一穩(wěn)壓二極管Z1串聯(lián)。二極管D1用于斷開驅(qū)動(dòng)晶體管基極與復(fù)合晶體管的連接。由穩(wěn)壓二極管Z1和二極管D1組成的夾頭支路從控制晶體管的初級(jí)線圈和集電極之間的分接點(diǎn)(其同時(shí)構(gòu)成了復(fù)合晶體管的集電極)通向復(fù)合晶體管的控制接頭，也就是說通向驅(qū)動(dòng)晶體管T2的基極。此外，同圖1一樣，這一處于復(fù)合晶體管初級(jí)線圈和集電極之間連接點(diǎn)上的分接點(diǎn)通過保護(hù)電阻R3和第二穩(wěn)壓二極管Z2與短路晶體管T3的基極相連。其作用方式已在圖1中予以介紹。圖1和圖2的區(qū)別在于在短路晶體管T3的集電極和復(fù)合晶體管的控制接頭之間有一個(gè)第二二極管D2，該二極管斷開夾頭電路，使得夾頭電路上只流過用于維持集電極電流所需的基極電流。每個(gè)寄生流入的基極電流在這里被短路。
圖3顯示了發(fā)明的短路電路的第三實(shí)施例。同圖1一樣，在這種布置中也通過一個(gè)二級(jí)復(fù)合晶體管由點(diǎn)火線圈進(jìn)行充電電流控制。用于過壓保護(hù)的電壓夾頭為單級(jí)內(nèi)部夾頭，這在圖1中已介紹過。與圖1不同的是，復(fù)合晶體管有一個(gè)基極入口電阻R4，它可使復(fù)合晶體管在受控工作狀態(tài)下處于無電流接通。在基極入口電阻R4和復(fù)合晶體管的控制接頭之間連接上短路晶體管T3的集電極。同圖1一樣，短路晶體管T3的基極通過保護(hù)電阻R3與復(fù)合晶體管的集電極相連。由電阻R5和R6組成的分壓器在接地后與基極入口電阻R4并聯(lián)，這里，分壓器的分接頭與第四晶體管T4的基極觸點(diǎn)接觸。第四晶體管T4的集電極通向保護(hù)電阻R3和短路晶體管T3基極之間的連接點(diǎn)。由此，從復(fù)合晶體管基極的逆轉(zhuǎn)控制信號(hào)中得到短路晶體管T3控制電流。如果復(fù)合晶體管的基極有控制信號(hào)，那么在外殼電位和短路晶體管T3上的第四晶體管的集電極沒有電流。在復(fù)合晶體管的基極沒有控制信號(hào)的情況下，T4沒有電流，通過高阻率的保護(hù)電阻R3供給短路晶體管T3基極電流，并使復(fù)合晶體管的基極-發(fā)射極段短路。在這種聯(lián)接情況下，可以省去附接在短路晶體管上的穩(wěn)壓二極管。基極入口電阻R4使得無電流的復(fù)合晶體管工作狀態(tài)(短路晶體管T3是工作的)可轉(zhuǎn)入受控工作狀態(tài)(短路晶體管T3打開)。分壓器R5/R6防止晶體管4失去控制電流。同時(shí)，這一分壓器還使得在不依賴于基極-發(fā)射極段電壓的情況下達(dá)到晶體管T1的接通臨界值。圖3中電路的優(yōu)點(diǎn)在于，可以進(jìn)行連續(xù)火花塞點(diǎn)火(與圖1和圖2的實(shí)施例相反)，因?yàn)榭梢栽俅吻袛喽搪肪w管，再次接通復(fù)合晶體管。
借助于圖4和圖5來再次說明這些實(shí)施例的工作方式。圖4描述了沒有短路晶體管時(shí)的電壓變化過程，圖5描述了有短路晶體管時(shí)的電壓變化過程。在研究的點(diǎn)火電路中涉及到的是一內(nèi)部直接夾頭在控制晶體管T1上的三級(jí)復(fù)合晶體管，而短路晶體管T3則作用于復(fù)合晶體管的第三基極上。在沒有短路晶體管T3的條件下，大約才30微秒后夾頭就達(dá)到其最大值，并伴隨著電壓擾動(dòng)。與多次再接通效應(yīng)相對(duì)應(yīng)，集電極電流緩慢的、非線性減弱。在20微秒后，具有短路晶體管T3的點(diǎn)火線路中產(chǎn)生電壓。振蕩自激器與一特定的夾頭系統(tǒng)相連，在這一系統(tǒng)中，電容和電阻分壓器無需精確調(diào)諧。通過斷開過程的改善和夾頭的寄生再接通的抑制，這一電路可用于所有的點(diǎn)火過程。
經(jīng)常有這樣的點(diǎn)火裝置在這些裝置中，點(diǎn)火復(fù)合晶體管在外部通過外面的基極接頭進(jìn)行穩(wěn)壓。在這種情況下，短路晶體管必須象圖2中說明的那樣聯(lián)接。
從控制裝置中已經(jīng)獲悉，可以將點(diǎn)火復(fù)合晶體管制做成一個(gè)集成電路，短路晶體管也可以很好地集成在這一電路中。
借助于絕緣擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)集成塊中的短路晶體管T3，由此將短路晶體管T3的集電極與復(fù)合晶體管的集電極分開。在絕緣擴(kuò)散過程中，必須將n+和p+槽置入γ和π槽中，如圖6所示。通過高電阻的γ和π擴(kuò)散，可以有效地將短路器的基極和集電極與基質(zhì)集電極絕緣。T3的集電極基極段的阻塞能力不必?zé)o條件地與夾頭電壓相對(duì)應(yīng)，因?yàn)閵A頭電壓的主要部分在電阻R3上是降低的。
以同樣的方式可以通過置入γ和π槽中的p區(qū)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓二極管的集成，其具有20-50V的阻塞電壓。同樣，通過π擴(kuò)散再次使得穩(wěn)壓二極管與基質(zhì)集電極絕緣。
相對(duì)而言，保護(hù)電阻R3的集成需要較大面積，那么，也可以同時(shí)用已有的外殼電極的部分電阻作為短路晶體管T3的控制電阻。這樣，在外殼電極夾頭中對(duì)于控制電阻沒有附加的面積要求。
權(quán)利要求
1.具有復(fù)合晶體管(由一驅(qū)動(dòng)晶體管(T2)和控制晶體管(T1)組成)的點(diǎn)火輸出級(jí)，尤其是用于內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火輸出級(jí)的特征是，短路晶體管(T3)的集電極-發(fā)射極段與復(fù)合晶體管的基極-發(fā)射極段并聯(lián)，短路晶體管的控制接頭通過高阻率的保護(hù)電阻(R3)與復(fù)合晶體管的集電極相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的點(diǎn)火輸出級(jí)的特征是，處于高阻率保護(hù)電阻(R3)和短路晶體管(T3)控制接頭之間的穩(wěn)壓二極管(Z2)與保護(hù)電阻(R3)串聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2的點(diǎn)火輸出級(jí)的特征是，復(fù)合晶體管有一個(gè)借助于穩(wěn)壓二極管(Z1)的單級(jí)內(nèi)部夾頭，該穩(wěn)壓二極管與復(fù)合晶體管的驅(qū)動(dòng)晶體管(T2)的集電極-發(fā)射極段并聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和2的點(diǎn)火輸出級(jí)的特征是，復(fù)合晶體管有一個(gè)多級(jí)夾頭，這里，與第一二極管(D1)串聯(lián)的穩(wěn)壓二極管(Z1)與驅(qū)動(dòng)晶體管(T2)的集電極-基極段并聯(lián)，一個(gè)脫耦二極管(D2)接在短路晶體管(T3)的發(fā)射極和復(fù)合晶體管的控制接頭之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到3的點(diǎn)火輸出級(jí)的特征是，第四晶體管(T4)的集電極接在高阻率電阻(R3)和短路晶體管(T3)的發(fā)射極之間，第四晶體管(T4)的基極通過分壓器(R5/R6)與復(fù)合晶體管的控制接頭相連，第四晶體管的發(fā)射極接地。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的點(diǎn)火輸出級(jí)的特征是，所有的零部件，如穩(wěn)壓晶體管、短路晶體管、高阻率電阻(R3)和第四晶體管(T4)都可集成為一個(gè)集成塊。
全文摘要
介紹了一個(gè)尤其適用于內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火輸出級(jí)裝置,在該裝置中,輸出級(jí)做成兩級(jí)或三級(jí)的復(fù)合晶體管,并規(guī)定用內(nèi)部單級(jí)或外部多級(jí)夾頭通過一穩(wěn)壓二極管進(jìn)行過壓保護(hù)。還規(guī)定將一短路晶體管與點(diǎn)火復(fù)合晶體管的基極發(fā)射極段并聯(lián),以避免在復(fù)合晶體管的控制接頭上產(chǎn)生寄生電流。
文檔編號(hào)F02P3/04GK1195390SQ96196755
公開日1998年10月7日 申請(qǐng)日期1996年6月27日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月12日
發(fā)明者霍斯特·邁因德斯, 里夏德·施洛伊賓 申請(qǐng)人:羅伯特·博施有限公司