Moderne Zündanlagen für Verbrennungsmotoren arbeiten nicht mehr mit mechanischen Unterbrechern und ebenfalls mechanischer Hochspannungsverteilung. Es werden mehrere Zündspulen eingesetzt, meist eine pro Zylinder. 'Coil-on-Plug' heißt das Konzept, das mit einem elektronischen Steuergerät und maßgeschneiderten IGBTs arbeitet. Nützliche Schutz- und Anpassungsmerkmale wie aktive Klemmung, ESD-Schutz, oder Gate-Widerstandsnetzwerk sind bereits implementiert, weitere Funktionen sollen mittelfristig entweder in den IGBT-Chip integriert oder in einem separaten Controller-Chip realisiert werden. Maximale Modularität und Flexibilität bieten Aktive Coil-on-Plugs mit Spule, Treiber und Schalter in einem erweiterten Kerzenstecker, bei dem nur vier Verbindungen niedriger Spannung von jeder Stabzündspule zur Motorsteuerung nötig sind. Prinzipiell wird dabei die Spannung auf der Primärseite des Trafos erzeugt und sekundärseitig zur Zündspannung (Spitzenwert um 40 kV) transformiert. IGBTs eignen sich besonders als Zündschalter aufgrund ihrer Fähigkeit zu hohen gepulsten Vorwärtsleitungen und Lawinenenergie bei gleichzeitig niedrigen Schaltgeschwindigkeiten. Die geforderte Vorwärtscharakteristik und die niedrige Startspannung der 12-Volt-Batterie benötigen ein möglichst niedriges UCeon. Dies wäre durch Vergrößerung der aktiven Fläche möglich, was aber nicht gewünscht ist. Die dritte Generation der Zünd-IGBTs von On-Semiconductor kompensiert die Reduzierung der Chip-Fläche durch Veränderungen in den lateralen Strukturabmessungen und den vertikalen Dotierprofilen. Zusätzlich wurde der Temperaturkoeffizient von UCeon bei hohen IC von negativ zu leicht positiv optimiert und damit der kritische Betrieb bei niedrigen Temperaturen verbessert. Auch die Zuverlässigkeit unter den besonders harten Bedingungen im Fahrzeugeinsatz mit Hitze, Kälte und Vibrationen ist gewährleistet. Für die Zukunft werden noch kleinere Spulen mit niedrigerem Windungsverhältnis sowie höheren Klemmenspannungen und Primärströmen benötigt werden, was mit dem IGBT MGX19N40 der dritten Generation heute schon möglich ist. Für niedrigere Anforderungen und besonders kostengünstig sind Bausteine der dritten Generation wie der MGX15N35. Da sich prinzipiell alles integrieren lässt, manche Anforderungen aber zu kostenintensiv sind oder sich gar gegenseitig ausschließen, könnte mittelfristig die Kombination optimierter, nicht intelligenter IGBTs mit linearem bipolarem Predriver oder einem LinCMOS-Smart-Predriver die optimale Lösung sein.


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    Title :

    Hochspannung auf vier Rädern. IGBTs setzen sich in Zündsystemen durch


    Contributors:
    Reindl, K. (author)

    Published in:

    Elektronik, Poing ; 51 , 4 ; 66-73


    Publication date :

    2002


    Size :

    6 Seiten, 6 Bilder, 1 Tabelle, 3 Quellen



    Type of media :

    Article (Journal)


    Type of material :

    Print


    Language :

    German




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