一引言

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

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

圖1 點火器內部構造圖

二汽車點火器電路工作原理

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

圖2 點火電路原理圖

圖3 點火器電路板實物圖

根據IGBT工作狀態(tài)，可分階段來描述汽車點火器電路的工作原理。

2.1

阻斷階段

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

2.2

導通階段

柵極驅動脈沖觸發(fā)，柵極電壓上升至高電平，VGE=+5V，IGBT導通后，電源電壓將對線圈一次側漏感充電，一次側電流開始線性上升。由于在火花塞產生電弧之前，線圈二次側相當于開路，能量儲存在線圈磁芯中。

2.3

關斷過程

當檢測到合適的時間點火，控制信號會變?yōu)榈碗娖?，使IGBT關斷。一次側電流快速關斷，會在IGBT器件兩端產生一個較高的電壓尖峰。通常，點火IGBT內部柵極和集電極之間有一個鉗位結構。鉗位結構會將峰值電壓限制在300V-600V之間以保護點火IGBT和線圈絕緣。在關斷過程中，線圈漏感中存儲的能量會在一次側產生電壓尖峰，而激磁電感中存儲的能量則在二次側感應出高壓，使火花塞空氣間隙間產生電弧。正常工況下最大點火電壓取決于發(fā)動機設計，更輕的空氣燃氣混合物或渦輪增壓發(fā)動機需要更高的點火電壓。

三

上海貝嶺BLG3040產品

上海貝嶺始終服務于國家整體戰(zhàn)略，近年來一直堅持在汽車級芯片的研發(fā)上持續(xù)不斷地投入，為我國汽車級芯片的發(fā)展貢獻企業(yè)力量。針對汽車點火器市場需求，公司積極研制了首款汽車級點火IGBT器件BLG3040，并實現(xiàn)了批量生產和銷售。目前，該產品已在眾多主流汽車點火器客戶中得到應用并廣受好評。

3.1

產品性能優(yōu)勢

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

●擊穿電壓高，可提供更高的點火電壓；

●閾值電壓VTH低，可兼容邏輯電平，使驅動電路更簡單，降低系統(tǒng)成本；

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

● 自鉗位開關能量ESCIS和自鉗位開關電流ISCIS耐受能力強；

圖4 產品性能對比圖

3.2

產品應用優(yōu)勢

采用同一品牌汽車點火器，在室溫下對不同廠商IGBT器件進行對比測試，測試條件為25Hz/3.5ms，實驗結果如圖5所示。從圖中可看出貝嶺BLG3040產品的溫升表現(xiàn)優(yōu)于主流廠商產品。

圖5 汽車點火應用溫升測試結果

3.3

產品可靠性

為確保IGBT產品符合汽車級零部件的工作壽命要求，該產品嚴格按照汽車行業(yè)分立半導體器件可靠性標準AEC-Q101進行了可靠性認證。此外，還依托于終端客戶，對該產品進行了板級可靠性驗證。BLG3040以其穩(wěn)定可靠的產品性能順利通過了上述兩類可靠性試驗。

3.4

產品可靠性

上海貝嶺的汽車點火IGBT產品從設計、開發(fā)、工程驗證到量產各個階段均按照汽車級零部件質量理念進行流程管理和設計，并依托于工藝成熟的汽車級晶圓產線和具有嚴格控制程序的汽車級封裝產線進行生產和制造。上海貝嶺始終秉持“零缺陷”的品控理念，嚴格執(zhí)行產品全生命周期生產工藝過程監(jiān)控、可靠性監(jiān)控，嚴格把控產品出廠檢測標準，持續(xù)探索和優(yōu)化產品性能，為汽車客戶提供穩(wěn)定可靠的汽車級產品。

審核編輯 ：李倩