基于上一节对智能IGBT的介绍，本节以英飞凌公司的智能功率模块BTS2146为例介绍汽车智能点火系统的构成及工作过程。

一个典型的分散式点火模块如图7-19所示。

1.概述

（1）电力电子开关所处的发动机环境

1）在125°C以上持续工作。

2）承受振动（发动机的颤动）。

3）密封的COP，甚至在T_j=170℃时持续工作。

4）紧密的环境。

①空间有限；

②小尺寸的连接器。

5）需要收发器。

（2）为什么选用IGBT作为电力电子开关

1）处理更高的线圈电流。

2）更小的芯片尺寸、低的开启电压U_ce（sat）。

3）智能IGBT具有更多嵌入式功能。

图7-19 分散式点火模块

另外，普通的IGBT再加上其他功能就形成了新一代的智能IGBT芯片。

（3）保护诊断功能可包括。

1）高压保护。

2）限流。

3）ESD（静电）保护。

4）短路/开路检测。

5）过热检测。

6）关断不受火花的影响。

进一步把功率开关合并到这个笔状线圈或者插头线圈上，这样就产生了一种性能显著提高的机械电子系统。把点火开关放到笔状线圈上有下列的优点：

1）去除了高电流控制线和高压点火电缆可以降低点火过程中的电磁干扰。

2）去除高电压点火电缆可以降低成本，提高可靠性。

3）去掉点火开关可以降低中央ECU的能量消耗。

这种分散式点火模型的驱动和诊断可以由来自中央ECU的低电流驱动器或收发器来提供。

同样的点火线圈可以使用在任何数量的引擎汽缸上。当使用智能的笔状线圈或者插头线圈时，汽车制造商就有可能制造出一种标准的点火线圈，而且这种线圈对所有的引擎模型都是适用的。

智能型IGBT可以实现单片集成，将功率和控制电路制作在同一个硅片上。功率芯片和控制芯片也可以分别制作，然后再装进同一个封装中。目前将附加功能的电路元件集成到IGBT功率开关电路中的尝试还很有限，因为这种做法并不是行业的发展趋势。因为功率元件技术（IGBT）和逻辑电路技术（BCD）是很不相容的，这两种技术的集成将导致半导体制作工艺变得复杂而且往往更加昂贵。如图7-20所示。

图7-20 IGBT智能功能的实现

英飞凌选择了另一种办法——使用两种独立的技术。这样做更适合功率开关（IGBT技术）和控制/诊断电路（BCD技术）的最优化、更适合系统以高性价比实现其他必要的功能。依据不同的应用要求，标准的IGBT加上片外的控制/诊断部分，或者智能型IGBT加上集成的控制/诊断电路都可以成为理想的设计方案。带保护的达林顿晶体管（智能型双极晶体管）曾经被应用在一些早期的点火系统中，但这种技术并不能满足先进点火系统对电流和其他方面的要求。

芯片叠加技术在汽车领域已经使用了15年以上。通过利用芯片的第三维方向，智能型IGBT可将需要的所有功能电路装在一个TO-220（或TO-263）封装中。

在现代点火系统中，功率输出级在实现开关功能的同时还实现一些保护和诊断功能，以满足用户和政府的要求。这些功能使得系统能符合排放标准，实现燃料节约，达到更高的舒适度和可靠性。保护和诊断的内容包括以下的方面：限流、关断定时器、电流反馈、电压反馈、无火花关断、过热保护、双向电流接口、离子流信号调节。

这些功能可以部分或全部实现以满足最终端用户的需要和政府的要求。在上述智能型IGBT中，有源齐纳击穿钳位、静电保护和功率开关等基本功能都在底层标准点火IGBT芯片上实现。更为复杂的功能电路则集成在顶层芯片（用BCD工艺制作）中。

2.BTS2146/7简介

BTS2146/7是用于点火线圈驱动的高压器件。BTS2146/7能够集成的保护/诊断功能包括：

1）限流。(www.daowen.com)

2）关断计时器。

3）电流反馈。

4）电压反馈。

5）关断不受火花的影响。

6）过热检测。

7）双向电流接口。

因为它可以精确地点火定时及空载/过载检测，所以它尤其适用于电子点火系统。再加上一个与微控制器相匹配的输入和诊断反馈，那么它就可以用于智能点火线圈的驱动，如改进的笔式点火线圈。图7-21是它的实图，图7-22是其内部结图，表7-3是各引脚的功能。

图7-21 BTS2146/7实物

图7-22 BTS2146内部结构图

表7-3 BTS2146引脚功能

BTS 2147电路连接示意图如图7-23所示。

3.基本功能描述

这个点火线圈驱动模块具有电流标志和软开关定时功能。U_S脚通过几个串联电阻与整车电路的电源相连，考虑到电磁兼容问题，还要在U_S脚和地之间加上一个电容。IN/IFL脚与ECU的输出控制信号相连；GND脚与整车电路的地相连；C_SSD脚接上一个定时电容，以实现软开关定时功能；OUT脚就与点火线圈的一次绕组相连；A脚需接一个精度为1%的电阻来为产生精确的输入电流而建立一个参考电流，为了能够使系统更稳定，这个外部电阻应该与A脚位置越近越好。

图7-23 BTS2147的电路连接示意图

（1）软开关定时功能

如图7-24所示，IGBT开始工作后，集成的定时器也就开始定时。如果软开关定时时间T_SSD到了，而还没有检测到有效的下降沿，那么IGBT将一个缓慢变化的斜坡电流自动关断，使得输出端电压摆动最小，摆动的绝对电压由所使用的点火线圈决定。直到点火线圈的电流降低到0，这时软开关才停止工作。然后，当且仅当IGBT输入端检测到一个有效的上升沿时才又开始下一个循环的工作。通过调整与C_SSD脚相连的外部电容的电容量来调整定时时间T_SSD。另外，如果无须软开关功能的话，则C_SSD脚要和GND相连。（注意：如果C_SSD脚没有外接电容，则定时器将不工作。）

（2）双向输入/诊断功能

IN/IFL脚具有两个功能，既可以作为输入引脚来控制功率单元是否工作，也可以作为输出引脚，输出集电极电流作为诊断信息（即电流标志）。其具体功能如下：

图7-24 软开关定时特性

1）如果输入电压高于U_INH（3.2V），则功率单元起动；如果输入电压低于U_INL（1V）则功率单元关闭。

2）如果集电极电流超过门槛电流I_CTHR，IN/IFL脚的电流将由18降至8mA，如图7-25所示。

图7-25 电流反馈

下面是几种工作情况的波形。

1）一次侧开路时的工作波形及原理如图7-26所示。

2）一次侧短路时的工作波形及原理如图7-27所示。

3）长钳位时间点火线圈

二次侧开路的检测发生长钳位时间的可能原因有：二次侧开路、电极被腐蚀/被污染。由图7-28可知，二次开路时的钳位时间大概是正常点火时的10倍。

图7-26 一次侧开路时工作波形及原理图

图7-27 一次侧短路时的工作波形及原理图

图7-28 二次侧开路的工作波形及原理图