在汽車行業(yè)，點火系統(tǒng)的性能直接關系到發(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，其設計和性能優(yōu)化一直是技術研究的熱點。

汽車點火器不僅負責在氣缸活塞壓縮終了時產生電火花，點燃混合氣，更是混合氣迅速燃燒、產生強大動力推動活塞的關鍵。

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)的嚴格，也要求著點火器需要具備更高的效率和更低的導通損耗。

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，從而提高燃油經濟性，減少能源消耗，并降低汽車對環(huán)境的影響，滿足當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)器件及其驅動電路，使汽車點火系統(tǒng)更加緊湊和簡單。

據悉，該款汽車點火器已經在國內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

從結構上來看，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成。

△汽車點火器內部構造圖，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，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，主要與電路設計有關。

接下來，讓我們拆解這款汽車點火器，看看電路板的設計方案。

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。電路板表面標注了該電路板符合“cN s 94V-0”的安全阻燃標準。

△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。在點火系統(tǒng)中，通過控制點火線圈的充放電，從而產生高壓電火花，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，對驅動電壓要求低，可適應更廣泛驅動電路;采用TO252或TO263貼片封裝，體積小、更能滿足對產品小體積需求。

圖源：上海貝嶺

電路板上設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、調解和過壓保護。

電路板下方設有1個電阻，絲印為391，主要用于限流、分壓和信號處理;

右側有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

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生動力。

△汽車點火器線圈驅動電路方案框圖

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成。

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

而點火器，根據信號發(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IGBT導通時，電流流經點火線圈，在線圈中產生磁場;當IGBT關斷時，磁場迅速消失，根據電磁感應原理，在線圈中產生高電壓。

火花塞插頭連接到點火線圈，當線圈產生高電壓后，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具有低導通壓降、高結溫、高ESD耐受能力的特性，以及作為一款車規(guī)級產品所需要的穩(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。該產品采用先進的點火IGBT技術，降低了導通損失，提高了SCIS性能。

從參數(shù)表現(xiàn)來看，BLQG3040A在結溫25℃、ISCIS為14.2A的條件下，IGBT能夠承受的SCIS能量為300mJ;在結溫150℃、ISCIS為10.6A的條件下，能夠承受的SCIS為170mJ。這意味著在關閉過程中承受由于感性負載產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瓦特的熱量從結傳遞到殼體，結的溫度會比殼體高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IGBT在確保驅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在導通時，集電極和發(fā)射極之間的電壓較低，因此導通損耗較小，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)于主流廠商產品。

△汽車點火應用溫升測試結果，圖源：“上海貝嶺”公眾號

另外，BLQG3040A嚴格通過了AEC-Q101考核、認證，符合車規(guī)標準，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