在汽車行業(yè)，點火系統(tǒng)的性能直接關(guān)系到發(fā)動機的效率和汽車的環(huán)保性能。汽車點火器，作為這一系統(tǒng)的核心組件，其設(shè)計和性能優(yōu)化一直是技術(shù)研究的熱點。

汽車點火器不僅負(fù)責(zé)在氣缸活塞壓縮終了時產(chǎn)生電火花，點燃混合氣，更是混合氣迅速燃燒、產(chǎn)生強大動力推動活塞的關(guān)鍵。

隨著汽車市場的不斷發(fā)展，對點火系統(tǒng)的需求也在持續(xù)增長。全球環(huán)保意識的提高和排放法規(guī)的嚴(yán)格，也要求著點火器需要具備更高的效率和更低的導(dǎo)通損耗。

因此，一個高效工作的汽車點火器可以提高發(fā)動機的燃燒效率，從而提高燃油經(jīng)濟性，減少能源消耗，并降低汽車對環(huán)境的影響，滿足當(dāng)前市場對汽車的需求。

本期Big-Bit拆解將為大家?guī)硪豢钇圏c火器的拆解。相比于市面上其他同類型產(chǎn)品，這款汽車點火器是如何在更加高效和節(jié)能下實現(xiàn)汽車發(fā)動機驅(qū)動?

01 | 汽車點火器介紹

目前汽車發(fā)動機的點火器主要采用“插接式”線圈，消除高壓接線，并集成絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)器件及其驅(qū)動電路，使汽車點火系統(tǒng)更加緊湊和簡單。

據(jù)悉，該款汽車點火器已經(jīng)在國內(nèi)多家主流主機廠商使用，并且多家知名 Tire1 廠商已批量使用。

△汽車點火器正面照

從結(jié)構(gòu)上來看，汽車點火器主要由電路板、點火線圈、高壓二極管、彈簧、護套、抗干擾電阻以及接插口等組件構(gòu)成。

△汽車點火器內(nèi)部構(gòu)造圖，圖源：“上海貝嶺”公眾號

△汽車點火器高壓二極管、安裝孔所在位置特寫

△汽車點火器電路板所在位置，左邊為安裝孔，右邊為接插口

△汽車點火器鐵心、永磁鐵、繞線骨架所在位置

△汽車點火器根管內(nèi)，從左到右依次是彈簧、抗干擾電阻和高壓二極管

與其他主流同類型產(chǎn)品相比，該款汽車點火器能提供更高的點火電壓、溫升更低、性能更穩(wěn)定。之所以能具備這些優(yōu)勢，主要與電路設(shè)計有關(guān)。

接下來，讓我們拆解這款汽車點火器，看看電路板的設(shè)計方案。

02 | 汽車點火器拆解

拆解出該汽車點火器電路板后，從正面可以看到電容、電阻、TVS、保險絲等元器件。電路板表面標(biāo)注了該電路板符合“cN s 94V-0”的安全阻燃標(biāo)準(zhǔn)。

△汽車點火器電路板

電路板背面有一顆汽車點火器IGBT。

汽車點火器電路板長約3.77cm，寬約3厘米。

從電路板布局中我們可以發(fā)現(xiàn)，核心元器件是汽車點火器IGBT。

該汽車點火器IGBT來自上海貝嶺，型號為BLQG3040A，封裝形式為TO-252。

BLQG3040A型號的汽車點火器IGBT主要用于高速通斷點火線圈，控制大電流的開關(guān)。在點火系統(tǒng)中，通過控制點火線圈的充放電，從而產(chǎn)生高壓電火花，點燃發(fā)動機中的燃料，為汽油發(fā)動機提供高速、高可靠點火。

貝嶺汽車點火器IGBT主要參數(shù)：

VCES：400V

VCE(sat).Typ：1.12V，導(dǎo)通損耗低，有助于實現(xiàn)低功耗;

ESCIS@TJ=25 °C：300mJ，可吸收能量高，可靠性更好;

ESD：4kV

另外，BLQG3040A型號IGBT的柵極門限電壓1.3V-2.2V，對驅(qū)動電壓要求低，可適應(yīng)更廣泛驅(qū)動電路;采用TO252或TO263貼片封裝，體積小、更能滿足對產(chǎn)品小體積需求。

圖源：上海貝嶺

電路板上設(shè)3個二極管，絲印為“OF SM”，品牌未知，主要作用為穩(wěn)定電壓和保護電路。

穩(wěn)壓二極管的品牌未知，主要用于電壓穩(wěn)定、調(diào)解和過壓保護。

電路板下方設(shè)有1個電阻，絲印為391，主要用于限流、分壓和信號處理;

右側(cè)有3個貼片電容，主要作用為濾波。

以上為該汽車點火器電路板拆解的全過程。

03 | Big-Bit拆解總結(jié)

通過拆解，我們可以看到該汽車點火系統(tǒng)電路圖是一個高度集成的系統(tǒng)，各個部件相互協(xié)作以確保發(fā)動機能夠可靠地點燃混合氣并產(chǎn)生動力。

△汽車點火器線圈驅(qū)動電路方案框圖

從點火原理來說，汽車點火系統(tǒng)將電源的低電壓變成高電壓，再按照發(fā)動機點火順序輪流送至各氣缸，定時地供給火花塞以足夠高能量的高壓電，使火花塞產(chǎn)生足夠強的火花，點燃可燃混合氣。

汽車點火系統(tǒng)主要由信號發(fā)生器、點火線圈和點火器構(gòu)成。

在這個過程中，信號發(fā)生器作為將非電量轉(zhuǎn)換為電量的傳感器，通過一定的方式將汽車發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)過的角度或活塞在氣缸在位置轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖信號，最后送到電子控制器中，控制初級電路的通斷，產(chǎn)生點火信號。

而點火器，根據(jù)信號發(fā)生器送來的信號，通過電子元件控制點火線圈初級電路的通斷，從而在次級電路產(chǎn)生高壓，并通過分電器送入各缸的火花塞中，實現(xiàn)點火。

在這個過程中，IGBT切換高壓電流，控制火花塞的點火：當(dāng)IGBT導(dǎo)通時，電流流經(jīng)點火線圈，在線圈中產(chǎn)生磁場;當(dāng)IGBT關(guān)斷時，磁場迅速消失，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在線圈中產(chǎn)生高電壓。

火花塞插頭連接到點火線圈，當(dāng)線圈產(chǎn)生高電壓后，通過高壓電以點燃混合氣。

△汽車點火器電路原理圖，圖源：“上海貝嶺”公眾號

在這個過程中，需要IGBT具有低導(dǎo)通壓降、高結(jié)溫、高ESD耐受能力的特性，以及作為一款車規(guī)級產(chǎn)品所需要的穩(wěn)定性。

這款汽車點火器所使用的IGBT—BLQG3040A，可以滿足汽車點火器對這些特性的需求。該產(chǎn)品采用先進(jìn)的點火IGBT技術(shù)，降低了導(dǎo)通損失，提高了SCIS性能。

從參數(shù)表現(xiàn)來看，BLQG3040A在結(jié)溫25℃、ISCIS為14.2A的條件下，IGBT能夠承受的SCIS能量為300mJ;在結(jié)溫150℃、ISCIS為10.6A的條件下，能夠承受的SCIS為170mJ。這意味著在關(guān)閉過程中承受由于感性負(fù)載產(chǎn)生的高能量電壓尖峰較強，能夠滿足更高的點火電壓。

在熱溫表現(xiàn)上，從參數(shù)來看，在TO-252或TO-263封裝下，BLQG3040A的RθJC(熱特性參數(shù))為1℃/W，這意味著每有1瓦特的熱量從結(jié)傳遞到殼體，結(jié)的溫度會比殼體高1攝氏度，在這種封裝形式下是一個相對較好的熱性能表現(xiàn)。

同時，在Ic=10A、VcE=12V、VGE=5V的測試條件下，BLQG3040A的總柵極電荷(Qg)為6.8nC，這不僅體現(xiàn)了這款I(lǐng)GBT在確保驅(qū)動電路能夠提供足夠的電流來快速充放電，實現(xiàn)較快的通斷速度，并且有較好的能量管理，避免過多的能量耗失。

另外，BLQG3040A的VCE(sat)為1.12V，較低的參數(shù)意味著IGBT在導(dǎo)通時，集電極和發(fā)射極之間的電壓較低，因此導(dǎo)通損耗較小，效率也更高。

通過與其他IGBT主流廠商對比，在25Hz/3.5ms測試條件下，BLQG3040A的溫升表現(xiàn)優(yōu)于主流廠商產(chǎn)品。

△汽車點火應(yīng)用溫升測試結(jié)果，圖源：“上海貝嶺”公眾號

另外，BLQG3040A嚴(yán)格通過了AEC-Q101考核、認(rèn)證，符合車規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，滿足對車規(guī)級IGBT的功能穩(wěn)定性的需求。

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審核編輯 黃宇