摩托車點(diǎn)火IGBT的功率分析與計(jì)算

　　前言

　　從2010年7月1日起，國(guó)家環(huán)保部批準(zhǔn)并頒布的《摩托車污染物排放限值及測(cè)量方法(工況法，中國(guó)Ⅲ階段)》(GB14622-2007)、《輕便摩托車污染物排放限值及測(cè)量方法(工況法，中國(guó)Ⅲ階段)》(GB18176-2007)(簡(jiǎn)稱國(guó)三標(biāo)準(zhǔn))正式實(shí)施。自規(guī)定型式核準(zhǔn)執(zhí)行日期之后一年起，所有制造、銷售、登記注冊(cè)的摩托車和輕便摩托車的排氣污染物排放必須符合以上標(biāo)準(zhǔn)要求。摩托車排放標(biāo)準(zhǔn)的升級(jí)，推動(dòng)了摩托車電噴技術(shù)的發(fā)展，而數(shù)字點(diǎn)火電噴是解決摩托車排放問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)，在摩托車上的應(yīng)用已是大勢(shì)所趨。

　　摩托車數(shù)字電噴按點(diǎn)火儲(chǔ)能方式分為電容式點(diǎn)火器(CDI)與電感式點(diǎn)火器(PEI)。電容式點(diǎn)火器(CDI)用內(nèi)部?jī)?chǔ)能電容經(jīng)可控硅向點(diǎn)火線圈初級(jí)瞬間放電，在點(diǎn)火線圈次級(jí)感應(yīng)出二、三萬(wàn)伏高壓實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火。電感式點(diǎn)火器(PEI)又稱晶體管點(diǎn)火器，它采用晶體管來(lái)控制電感式點(diǎn)火線圈初級(jí)的通電時(shí)間，把電能存儲(chǔ)于電感式點(diǎn)火線圈中。在點(diǎn)火時(shí)，晶體管瞬間關(guān)斷，在自感電動(dòng)勢(shì)的作用下，點(diǎn)火線圈的次級(jí)感應(yīng)出二、三萬(wàn)伏高壓實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火。

　　電容式點(diǎn)火器(CDI)由于電路結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，點(diǎn)火能量偏小，其優(yōu)勢(shì)地位漸漸被電感式點(diǎn)火器(PEI)取代。隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，晶體管耐壓等級(jí)越來(lái)越高，過(guò)電流能力越來(lái)越強(qiáng)，直流PEI點(diǎn)火系統(tǒng)因其電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，點(diǎn)火不僅穩(wěn)定且能量大，在汽車點(diǎn)火系統(tǒng)中已廣泛應(yīng)用。目前應(yīng)用的晶體管主要有達(dá)林頓管和IGBT。由于達(dá)林頓管是電流控制型，需要較大的驅(qū)動(dòng)電流保持其導(dǎo)通狀態(tài)。而IGBT是電壓控制型，導(dǎo)通時(shí)驅(qū)動(dòng)電流幾乎可以忽略。另外，IGBT的工藝易于構(gòu)建更高的耐壓和大電流，比達(dá)林頓管更有優(yōu)勢(shì)，但受到價(jià)格因素限制，目前只用在高端摩托車點(diǎn)火上。

　　IGBT工作過(guò)程

　　如圖1所示，直流PEI點(diǎn)火系統(tǒng)有磁電機(jī)，蓄電池、ECU、點(diǎn)火線圈及火花塞組成?！　?/p>

 

　　來(lái)自ECU點(diǎn)火控制信號(hào)的觸發(fā)脈沖的上升沿超過(guò)晶體管的閾值電壓時(shí)，晶體管導(dǎo)通，點(diǎn)火線圈初級(jí)線圈電流線性上升，將能量存儲(chǔ)在初級(jí)線圈中。當(dāng)ECU輸出低電平點(diǎn)火信號(hào)時(shí)，晶體管立即關(guān)斷，初級(jí)線圈中電流被切斷，點(diǎn)火線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，將能量釋放出來(lái)，在次級(jí)線圈產(chǎn)生高壓，使火花塞點(diǎn)火。因此，可以分為IGBT儲(chǔ)能和釋放兩個(gè)過(guò)程分析。

　　測(cè)試電路與波形分別如圖2和圖3所示。所使用的IGBT為ONSEMI公司的NGD8209，集成了ESD與鉗壓保護(hù)功能，耐壓值為410V，常溫下可以承受12A脈沖電流，專門(mén)用于點(diǎn)火控制電路。