[发明专利]用于控制供给点火元件和点火系统功率的控制电路及采用该控制电路的点火器和点火系统

说明书

本发明涉及一种用于控制供给点火元件和点火系统功率的控制电路。

点火器通常被用于诸如汽车中的空气囊展开和座椅安全带预张紧启动的应用中。点火器包括将电能变换为热量的点火元件。一般来说，点火元件包括由1安培(A)或更大的电流加热的热线式电桥(hot wirebridge)。例如在空气囊的应用中，在点火元件中产生的热量对邻近于加热元件的烟火材料进行点火，该烟火材料使推进剂燃烧。这样就产生使空气囊膨胀的气体。

对汽车制造者来说，特别关心的一个问题是点火器由于故障而引起的偶然性点火的可能性。例如，空气囊点火器偶然性的点火可能对驾驶中的司机造成严重的后果。在点火器中可能产生的故障的两种主要类型是：1)与点火元件的任一侧的不适当的连接；和2)本身有故障的点火元件。因而，一般用导线连接到点火元件的高侧和低侧开关，以保证诸如与点火元件的不适当的连接不会使点火器点火。

但是，点火器仍然可能由于静电放电(ESD)和/或在高侧和低侧开关与点火元件之间的长的导线中感应的射频(RF)能量而被偶然性地点火。通过使用具有2欧姆的低电阻的热线式电桥点火元件和持续时间3ms、1.5安培(A)电流的点火条件，可缓和该问题。这就是说，需要13毫焦耳(mJ)的能量使热线式电桥点火。因此，这种所需的点火能量与一般的ESD和RF感应能量相比是比较低的，因此，这种解决途径对于防止感应电流的干扰提供了一些保护措施。但是，鉴于诸如GSM无线电设备、转发器和电磁干扰的高频源的增加，汽车制造者认为这种保护形式是不充分的。

使用低电阻的点火元件的另一个缺点是高侧和低侧开关必须供给1A或更多的电流，因而需要使用具有在2欧姆范围内的导通电阻Rdson的、尺寸过大的MOSFET功率晶体管，上述导通电阻象点火元件本身的导通电阻一样大。因而，这样的高侧和低侧开关是很贵的和需要大的管心面积。再有，约66％的可用的能量通过高侧和低侧开关而损失，其意味着该点火环路的效率比较低。在这些条件下，必须存储于蓄积电容器中的能量的水平是非常高的，该能量被用于如在碰撞时电池被断开或短路的情况下对空气囊点火元件进行点火。

空气囊点火器是保安装置，不打算在正常的驾驶条件下使该装置激发，而是在由于发生意外事故而被点火时必须激发。因而，必须进行定期的诊断，以保证该点火器能在空气囊设备的给定的寿命内(一般为15年)在发生意外事故的情况下能工作。事实上，目前空气囊制造者要求对所有空气囊点火器提供诊断。

典型的诊断系统使用限流电压源或电流源来测试与点火元件的任一侧的不适当的连接。施加一个小于需要使点火元件点火的电流的诊断电流，测量该点火元件的一端或另一端的电压，以检验与电池的短路、与地的短路和开环点火回路。典型的诊断电流在15至30mA的范围内。通过对给定的诊断电流测量在点火元件两端的电压，可确定点火元件的电阻和电阻是否变化。如果点火元件的电阻变化得太多，则该点火器可能不点火，通过处理器可产生报警信号。

如上所述，为了使热线式电桥点火元件在由于ESD和RF感应电流的故障情况下不被点火，将该热线式电桥点火元件的电阻选择得比较低，约为2欧姆。但是，这意味着在15至30mA的范围内的诊断电流的情况下待测量的诊断电压比较小(小于60mV)。这样一来，就难以准确地确定该点火元件电压和电阻。可使用精确的测量电路，但这样就增加了诊断电路的成本、复杂性和尺寸。

使用半导体点火元件来代替热线式电桥点火元件可克服这些问题中的一部分。在美国专利号4,843,964和法国专利申请号FR9409894中各描述了半导体点火元件，该半导体点火元件包括形成为小尺寸桥和在两个隔开的导电压焊区之间延伸的电气材料(如高掺杂的半导体)。这样的半导体点火元件也被称为半导体桥点火元件。半导体点火元件具有超过热线式电桥点火元件的优点，这是因为半导体点火元件具有定义得更窄的点火电流或能量，一旦被点火，该元件就变为开路。

在点火器中使用半导体点火元件将改善点火器的性能和减少点火器的成本，这是因为半导体点火器的点火电流被定义得更窄，所需的使点火器点火的能量水平被减少(小于1mJ)。这些改善也意味着可减小高侧和低侧功率晶体管的尺寸，也可减小存储于蓄积电容器中的能量水平。但是，这种包含半导体点火器的装置对于诸如ESD和RF的外部能量的灵敏度增加。

因而，存在对于‘聪明的’点火器的需要，该点火器只被特定的代码点火，对于外部能量的灵敏度增加。