摩托車點火IGBT的功率分析與計算

　　前言

　　從2010年7月1日起，國家環保部批準并頒布的《摩托車污染物排放限值及測量方法(工況法，中國Ⅲ階段)》(GB14622-2007)、《輕便摩托車污染物排放限值及測量方法(工況法，中國Ⅲ階段)》(GB18176-2007)(簡稱國三標準)正式實施。自規定型式核準執行日期之后一年起，所有制造、銷售、登記注冊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準要求。摩托車排放標準的升級，推動了摩托車電噴技術的發展，而數字點火電噴是解決摩托車排放問題的關鍵技術，在摩托車上的應用已是大勢所趨。

　　摩托車數字電噴按點火儲能方式分為電容式點火器(CDI)與電感式點火器(PEI)。電容式點火器(CDI)用內部儲能電容經可控硅向點火線圈初級瞬間放電，在點火線圈次級感應出二、三萬伏高壓實現點火。電感式點火器(PEI)又稱晶體管點火器，它采用晶體管來控制電感式點火線圈初級的通電時間，把電能存儲于電感式點火線圈中。在點火時，晶體管瞬間關斷，在自感電動勢的作用下，點火線圈的次級感應出二、三萬伏高壓實現點火。

　　電容式點火器(CDI)由于電路結構較復雜，點火能量偏小，其優勢地位漸漸被電感式點火器(PEI)取代。隨著半導體工藝的發展，晶體管耐壓等級越來越高，過電流能力越來越強，直流PEI點火系統因其電路結構簡單，點火不僅穩定且能量大，在汽車點火系統中已廣泛應用。目前應用的晶體管主要有達林頓管和IGBT。由于達林頓管是電流控制型，需要較大的驅動電流保持其導通狀態。而IGBT是電壓控制型，導通時驅動電流幾乎可以忽略。另外，IGBT的工藝易于構建更高的耐壓和大電流，比達林頓管更有優勢，但受到價格因素限制，目前只用在高端摩托車點火上。

　　IGBT工作過程

　　如圖1所示，直流PEI點火系統有磁電機，蓄電池、ECU、點火線圈及火花塞組成?！　?/p>

 

　　來自ECU點火控制信號的觸發脈沖的上升沿超過晶體管的閾值電壓時，晶體管導通，點火線圈初級線圈電流線性上升，將能量存儲在初級線圈中。當ECU輸出低電平點火信號時，晶體管立即關斷，初級線圈中電流被切斷，點火線圈產生自感電動勢，將能量釋放出來，在次級線圈產生高壓，使火花塞點火。因此，可以分為IGBT儲能和釋放兩個過程分析。

　　測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與鉗壓保護功能，耐壓值為410V，常溫下可以承受12A脈沖電流，專門用于點火控制電路?！　?/p>