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上海贝岭推出汽车点火IGBT器件
日期:2022-11-24 来源:belling

一、     引言

随着汽油成本上升以及人们对汽车尾气排放带来的环境问题的日益关注,汽车工业正在加快研究开发油耗更低、功率密度更高、鲁棒性更强的新型动力传动系统。汽车点火系统作为动力传动系统的重要组成部分,对系统效率、减少尾气污染和鲁棒性有着重要的作用。

早期汽车点火器中线圈的初级绕组是由机械开关控制,通常也称为断电器触点。断电器触点式点火系统较为简单,成本低,但易磨损。伴随着半导体行业高压大电流功率开关器件的发展,易磨损的传统机械开关已经被更可靠的大功率半导体器件所替代。目前汽车点火器主要采用插接式线圈,消除高压接线,并集成绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件及其驱动电路,使汽车点火系统更加紧凑和简单。如图1所示,目前汽车点火器主要由电路板、点火线圈、高压二极管、弹簧、护套、抗干扰电阻以及接插口等组件构成。

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点火器内部构造图

二、  汽车点火器电路工作原理

基于IGBT器件的汽车点火器电路原理图和某品牌汽车点火器内部电路板的实物图分别如图2和图3所示。

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 点火电路原理图

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点火器电路板实物图

根据IGBT工作状态,可分阶段来描述汽车点火器电路的工作原理。

2.1阻断阶段

在栅极驱动脉冲触发前,栅极电压VGE=0VIGBT器件处于阻断状态,集电极电压VCE=Vbat,电感中没有存储能量。

2.2导通阶段

栅极驱动脉冲触发,栅极电压上升至高电平,VGE=+5VIGBT导通后,电源电压将对线圈一次侧漏感充电,一次侧电流开始线性上升。由于在火花塞产生电弧之前,线圈二次侧相当于开路,能量储存在线圈磁芯中。

2.3关断过程

当检测到合适的时间点火,控制信号会变为低电平,使IGBT关断。一次侧电流快速关断,会在IGBT器件两端产生一个较高的电压尖峰。通常,点火IGBT内部栅极和集电极之间有一个钳位结构。钳位结构会将峰值电压限制在300V-600V之间以保护点火IGBT和线圈绝缘。在关断过程中,线圈漏感中存储的能量会在一次侧产生电压尖峰,而激磁电感中存储的能量则在二次侧感应出高压,使火花塞空气间隙间产生电弧。正常工况下最大点火电压取决于发动机设计,更轻的空气燃气混合物或涡轮增压发动机需要更高的点火电压。

三、上海贝岭BLG3040产品

上海贝岭始终服务于国家整体战略,近年来一直坚持在汽车级芯片的研发上持续不断地投入,为我国汽车级芯片的发展贡献企业力量。针对汽车点火器市场需求,公司积极研制了首款汽车级点火IGBT器件BLG3040,并实现了批量生产和销售。目前,该产品已在众多主流汽车点火器客户中得到应用并广受好评。

3.1产品性能优势

       贝岭BLG3040具有优异的产品性能,主要性能参数如下:

Ø  击穿电压高,可提供更高的点火电压。

Ø  阈值电压VTH低,可兼容逻辑电平,使驱动电路更简单,降低系统成本;

Ø  饱和压降VCE(SAT) 低,可减小IGBT导通损耗,降低器件工作温升;

Ø  自钳位开关能量ESCIS和自钳位开关电流ISCIS耐受能力强;

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产品性能对比图

3.2产品应用优势

采用同一品牌汽车点火器,在室温下对不同厂商IGBT器件进行对比测试,测试条件为25Hz/3.5ms,实验结果如图5所示。从图中可看出贝岭BLG3040产品的温升表现优于主流厂商产品。

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汽车点火应用温升测试结果

3.3 产品可靠性

为确保IGBT产品符合汽车级零部件的工作寿命要求,该产品严格按照汽车行业分立半导体器件可靠性标准AEC-Q101进行了可靠性认证。此外,还依托于终端客户,对该产品进行了板级可靠性验证。BLG3040以其稳定可靠的产品性能顺利通过了上述两类可靠性试验。

3.4 产品质量

上海贝岭的汽车点火IGBT产品从设计、开发、工程验证到量产各个阶段均按照汽车级零部件质量理念进行流程管理和设计,并依托于工艺成熟的汽车级晶圆产线和具有严格控制程序的汽车级封装产线进行生产和制造。上海贝岭始终秉持零缺陷的品控理念,严格执行产品全生命周期生产工艺过程监控、可靠性监控,严格把控产品出厂检测标准,持续探索和优化产品性能,为汽车客户提供稳定可靠的汽车级产品。



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