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过去十多年来，绝缘闸双极性晶体管(IGBT)已成为汽车点火装置的首选功率开关。点火装置经历的演变包括从采用分布器的机械触点，到采用达林顿双极(Darlington Bipolar)晶体管的电子点火系统，以及现在采用专用点火IGBT实现的全引擎管理系统，带来更加紧凑、精确和可靠控制的点火线圈。
最初，使用分立功率器件的晶体管开关作为线圈驱动器的做法是将双极达林顿晶体管当作独立点火模块中的专用功率开关。该模块位于引擎仓内或安装在分布器上，将火花导引到正确的汽缸。为了获得更精确的点火定时，分布器被移除而建立了无分布器点火系统(DIS)。在DIS中，每对汽缸使用一个点火线圈同时点燃两个火星塞——一个在处于功率输出冲程的汽缸中；另一个在处于排气冲程的汽缸中。视乎引擎汽缸数量的不同，可使用2、3、4或更多的点火线圈，而每个线圈都需要一个功率开关来驱动。
用于点火线圈控制的功率开关从双极达林顿晶体管至现在专用点火IGBT的演变，乃是汽车系统设计人员希望在更加复杂和紧凑的模块中提供更好火花控制的结果。点火IGBT的开发结合了成熟可靠的汽车认证过的功率金属氧半导体场效应晶体管(MOSFET)技术和传统的IGBT结构。以下是这些MOSFET技术的示例：
1. “逻辑电平”闸极技术，可由ECU(引擎控制模块)中的微处理器直接驱动。
2. 内置ESD二极管，保护其不受恶劣的汽车瞬变环境所影响。
3. 集电极-闸极钳位，采用与ESD保护二极管相同的技术，限制点火线圈的初级电压，以保护线圈在点燃火花塞的过程中免遭损坏。
4. 专门设计的内部结构，能够承受开路次级产生的反射能量，同时又能维持低导通电压，以便在任何电池条件下实现线圈快速充电。
现今大多数ECU模块都有几个点火IGBT是模块中功耗最高、PCB占用面积最大的器件。
点火器的发展趋势
点火器的发展趋势是将点火线圈装在各汽缸的火星塞上。这种被称之为“火星塞叠加点火线圈”(Coil on Plug，COP)的应用技术可省去汽车上那些为人熟悉的昂贵高压点火线。这些点火线是目前点火系统中故障率最高的部件。然而，由于点火功率开关仍然安装在引擎控制模块上，无论是电流测量、电流控制还是诊断等功能均受到限制，这是因为需要使用缆线将功率开关连接到点火线圈上。COP方案需要单独的线圈驱动器件，这使得模块中线圈驱动器件的数量增加了一倍，进而额外占用宝贵的电路板空间；并产生大量的热量，使模块设计变得复杂。
所以人们自然想到将点火功率开关放入汽缸的点火线圈中，即“点火线圈叠加开关”(Switch on coil，SOC)技术。由于功率开关包含在线圈中，那么纳入直接测量线圈电流和控制实际点火条件的控制电子器件就没问题了。测量信息可传送给引擎控制模块，用来将燃油经济性和汽车排放性能最佳化。 “点火线圈叠加智慧开关”(Intelligent Switch on Coil，ISOC)的新技术因此而诞生。
能量处理能力
但要将这些电子器件装入ISOC环境还必须克服成本、尺寸、温度和系统智能等几方面的困难。当点火系统从单一双极达林顿晶体管和点火线圈演化成每个汽缸使用一个点火IGBT和线圈后，器件成本问题就显得严重。过去几年中已开发出几代点火IGBT，每一代产品都着眼于改进IGBT的成本/性能比。其中，一个关注要点是IGBT的能量处理能力(energy handling capability)。由于线圈设计的改善，线圈的开路次级能量逐年降低，已降到0.3焦耳左右。
随着点火IGBT的演进，器件结构也随之最佳化到能处理这个量级的能量。降低分立功率器件的成本，主要是透过在相同电气性能的前提下，减少芯片的面积来实现。而当所有功率器件的硅片面积最小化后，器件的热性能下降，这就要求器件拥有更完善的系统热能管理、更低的功耗、或更稳定的功率结构来承受增加的热应力。图2所示为过去几年来点火IGBT器件在减少硅用量上取得的代表性进展。
详细请看9月刊……
最初，使用分立功率器件的晶体管开关作为线圈驱动器的做法是将双极达林顿晶体管当作独立点火模块中的专用功率开关。该模块位于引擎仓内或安装在分布器上，将火花导引到正确的汽缸。为了获得更精确的点火定时，分布器被移除而建立了无分布器点火系统(DIS)。在DIS中，每对汽缸使用一个点火线圈同时点燃两个火星塞——一个在处于功率输出冲程的汽缸中；另一个在处于排气冲程的汽缸中。视乎引擎汽缸数量的不同，可使用2、3、4或更多的点火线圈，而每个线圈都需要一个功率开关来驱动。
用于点火线圈控制的功率开关从双极达林顿晶体管至现在专用点火IGBT的演变，乃是汽车系统设计人员希望在更加复杂和紧凑的模块中提供更好火花控制的结果。点火IGBT的开发结合了成熟可靠的汽车认证过的功率金属氧半导体场效应晶体管(MOSFET)技术和传统的IGBT结构。以下是这些MOSFET技术的示例：
1. “逻辑电平”闸极技术，可由ECU(引擎控制模块)中的微处理器直接驱动。
2. 内置ESD二极管，保护其不受恶劣的汽车瞬变环境所影响。
3. 集电极-闸极钳位，采用与ESD保护二极管相同的技术，限制点火线圈的初级电压，以保护线圈在点燃火花塞的过程中免遭损坏。
4. 专门设计的内部结构，能够承受开路次级产生的反射能量，同时又能维持低导通电压，以便在任何电池条件下实现线圈快速充电。
现今大多数ECU模块都有几个点火IGBT是模块中功耗最高、PCB占用面积最大的器件。
点火器的发展趋势
点火器的发展趋势是将点火线圈装在各汽缸的火星塞上。这种被称之为“火星塞叠加点火线圈”(Coil on Plug，COP)的应用技术可省去汽车上那些为人熟悉的昂贵高压点火线。这些点火线是目前点火系统中故障率最高的部件。然而，由于点火功率开关仍然安装在引擎控制模块上，无论是电流测量、电流控制还是诊断等功能均受到限制，这是因为需要使用缆线将功率开关连接到点火线圈上。COP方案需要单独的线圈驱动器件，这使得模块中线圈驱动器件的数量增加了一倍，进而额外占用宝贵的电路板空间；并产生大量的热量，使模块设计变得复杂。
所以人们自然想到将点火功率开关放入汽缸的点火线圈中，即“点火线圈叠加开关”(Switch on coil，SOC)技术。由于功率开关包含在线圈中，那么纳入直接测量线圈电流和控制实际点火条件的控制电子器件就没问题了。测量信息可传送给引擎控制模块，用来将燃油经济性和汽车排放性能最佳化。 “点火线圈叠加智慧开关”(Intelligent Switch on Coil，ISOC)的新技术因此而诞生。
能量处理能力
但要将这些电子器件装入ISOC环境还必须克服成本、尺寸、温度和系统智能等几方面的困难。当点火系统从单一双极达林顿晶体管和点火线圈演化成每个汽缸使用一个点火IGBT和线圈后，器件成本问题就显得严重。过去几年中已开发出几代点火IGBT，每一代产品都着眼于改进IGBT的成本/性能比。其中，一个关注要点是IGBT的能量处理能力(energy handling capability)。由于线圈设计的改善，线圈的开路次级能量逐年降低，已降到0.3焦耳左右。
随着点火IGBT的演进，器件结构也随之最佳化到能处理这个量级的能量。降低分立功率器件的成本，主要是透过在相同电气性能的前提下，减少芯片的面积来实现。而当所有功率器件的硅片面积最小化后，器件的热性能下降，这就要求器件拥有更完善的系统热能管理、更低的功耗、或更稳定的功率结构来承受增加的热应力。图2所示为过去几年来点火IGBT器件在减少硅用量上取得的代表性进展。
详细请看9月刊……
