摩托车点火IGBT的功率分析与计算

　　前言

　　从2010年7月1日起，国家环保部批准并颁布的《摩托车污染物排放限值及测量方法(工况法，中国Ⅲ阶段)》(GB14622-2007)、《轻便摩托车污染物排放限值及测量方法(工况法，中国Ⅲ阶段)》(GB18176-2007)(简称国三标准)正式实施。自规定型式核准执行日期之后一年起，所有制造、销售、登记注册的摩托车和轻便摩托车的排气污染物排放必须符合以上标准要求。摩托车排放标准的升级，推动了摩托车电喷技术的发展，而数字点火电喷是解决摩托车排放问题的关键技术，在摩托车上的应用已是大势所趋。

　　摩托车数字电喷按点火储能方式分为电容式点火器(CDI)与电感式点火器(PEI)。电容式点火器(CDI)用内部储能电容经可控硅向点火线圈初级瞬间放电，在点火线圈次级感应出二、三万伏高压实现点火。电感式点火器(PEI)又称晶体管点火器，它采用晶体管来控制电感式点火线圈初级的通电时间，把电能存储于电感式点火线圈中。在点火时，晶体管瞬间关断，在自感电动势的作用下，点火线圈的次级感应出二、三万伏高压实现点火。

　　电容式点火器(CDI)由于电路结构较复杂，点火能量偏小，其优势地位渐渐被电感式点火器(PEI)取代。随着半导体工艺的发展，晶体管耐压等级越来越高，过电流能力越来越强，直流PEI点火系统因其电路结构简单，点火不仅稳定且能量大，在汽车点火系统中已广泛应用。目前应用的晶体管主要有达林顿管和IGBT。由于达林顿管是电流控制型，需要较大的驱动电流保持其导通状态。而IGBT是电压控制型，导通时驱动电流几乎可以忽略。另外，IGBT的工艺易于构建更高的耐压和大电流，比达林顿管更有优势，但受到价格因素限制，目前只用在高端摩托车点火上。

　　IGBT工作过程

　　如图1所示，直流PEI点火系统有磁电机，蓄电池、ECU、点火线圈及火花塞组成。　　

 

　　来自ECU点火控制信号的触发脉冲的上升沿超过晶体管的阈值电压时，晶体管导通，点火线圈初级线圈电流线性上升，将能量存储在初级线圈中。当ECU输出低电平点火信号时，晶体管立即关断，初级线圈中电流被切断，点火线圈产生自感电动势，将能量释放出来，在次级线圈产生高压，使火花塞点火。因此，可以分为IGBT储能和释放两个过程分析。

　　测试电路与波形分别如图2和图3所示。所使用的IGBT为ONSEMI公司的NGD8209，集成了ESD与钳压保护功能，耐压值为410V，常温下可以承受12A脉冲电流，专门用于点火控制电路。