本發(fā)明涉及開關(guān)裝置。

背景技術(shù)：

以往，作為內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火等中使用的開關(guān)裝置，已知有處理大電力的功率半導(dǎo)體器件。已知驅(qū)動這樣的功率半導(dǎo)體器件的電路具備利用計(jì)時(shí)(timer)電路等檢查該功率半導(dǎo)體器件的過電流和過熱等之類的異常的狀態(tài)，保護(hù)部件不受內(nèi)燃機(jī)的影響的電路(例如，參照專利文獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)2)。

專利文獻(xiàn)1：日本特開2002-4991號公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本特開2006-109286號公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

對于檢測功率半導(dǎo)體器件的異常的計(jì)時(shí)電路，期望不使用專用的電源而是將向功率半導(dǎo)體器件的驅(qū)動電路供給的控制信號作為動作電源。即，尋求不設(shè)置計(jì)時(shí)電路專用的電源輸入和輸入電路等而使電路規(guī)模變小，并穩(wěn)定動作的功率半導(dǎo)體器件的驅(qū)動電路。

技術(shù)方案

在本發(fā)明的第一形態(tài)中，提供一種開關(guān)裝置，具備：功率半導(dǎo)體元件，其連接到高電位側(cè)的第一端子與低電位側(cè)的第二端子之間；電容器；充電部，在功率半導(dǎo)體元件處于截止的期間的至少一部分中，對電容器進(jìn)行充電；放電部，根據(jù)功率半導(dǎo)體元件成為導(dǎo)通的情況，使電容器放電；以及斷路部，根據(jù)電容器的電壓成為比閾值電壓低的情況，使功率半導(dǎo)體元件成為截止?fàn)顟B(tài)。

應(yīng)予說明，上述的發(fā)明內(nèi)容未列舉本發(fā)明的所有特征。另外，這些特征組的子組合也能夠成為發(fā)明。

附圖說明

圖1表示本實(shí)施方式的點(diǎn)火裝置1000的構(gòu)成例。

圖2表示本實(shí)施方式的時(shí)鐘電路132的構(gòu)成例。

圖3表示圖2所示的時(shí)鐘電路132的各部分的動作波形的一個(gè)例子。

圖4表示本實(shí)施方式的開關(guān)裝置100的各部分的動作波形的例子。

圖5表示本實(shí)施方式的點(diǎn)火裝置2000的構(gòu)成例。

圖6表示本實(shí)施方式的觸發(fā)部140和復(fù)位部150的構(gòu)成例。

圖7表示本實(shí)施方式的觸發(fā)部140和復(fù)位部150的動作波形的一個(gè)例子。

圖8表示本實(shí)施方式的開關(guān)裝置200的各部分的動作波形的例子。

圖9表示具備本實(shí)施方式的開關(guān)裝置200的第一變形例的點(diǎn)火裝置2000的構(gòu)成例。

圖10表示具備本實(shí)施方式的開關(guān)裝置200的第二變形例的點(diǎn)火裝置2000的構(gòu)成例。

符號說明

10：控制信號產(chǎn)生部

20：火花塞

30：點(diǎn)火線圈

32：初級線圈

34：次級線圈

40：電源

100：開關(guān)裝置

102：控制端子

104：第一端子

106：第二端子

110：功率半導(dǎo)體元件

120：斷路部

122：電阻

130：計(jì)時(shí)電路

132：時(shí)鐘電路

134：倍增器

140：觸發(fā)部

142：控制信號輸入部

144：觸發(fā)信號輸出部

146：基準(zhǔn)電位輸入部

150：復(fù)位部

152：控制信號輸入部

154：復(fù)位信號輸出部

156：基準(zhǔn)電位輸入部

160：鎖存部

172：控制信號輸入部

174：時(shí)鐘信號輸出部

176：基準(zhǔn)電位輸入部

180：晶體管

182：電阻

184：電阻

186：晶體管

188：晶體管

190：電容器

192：比較器

194：晶體管

196：晶體管

200：開關(guān)裝置

202：控制端子

204：第一端子

206：第二端子

210：電容器

220：充電部

222：鉗位部

224：第一電阻

226：開關(guān)部

230：放電部

240：反相器

272：電阻

274：電阻

276：反相器

282：反相器

284：電阻

286：電容器

288：反相器

510：整流元件

520：開關(guān)元件

1000：點(diǎn)火裝置

2000：點(diǎn)火裝置

具體實(shí)施方式

以下，通過發(fā)明的實(shí)施方式說明本發(fā)明，但以下的實(shí)施方式不限定于權(quán)利要求的發(fā)明。另外，實(shí)施方式中說明的特征的所有組合并不限定為發(fā)明的解決方案所必須的。

圖1表示本實(shí)施方式的點(diǎn)火裝置1000的構(gòu)成例。點(diǎn)火裝置1000對汽車等的內(nèi)燃機(jī)等中使用的火花塞進(jìn)行點(diǎn)火。在本實(shí)施方式中，說明點(diǎn)火裝置1000搭載于汽車的發(fā)動機(jī)的例子。點(diǎn)火裝置1000具備控制信號產(chǎn)生部10、火花塞20、點(diǎn)火線圈30、電源40和開關(guān)裝置100。

控制信號產(chǎn)生部10產(chǎn)生控制開關(guān)裝置100的導(dǎo)通和截止的切換的開關(guān)控制信號?？刂菩盘柈a(chǎn)生部10例如是搭載有點(diǎn)火裝置1000的汽車的發(fā)動機(jī)控制單元(ecu)的一部分或全部?？刂菩盘柈a(chǎn)生部10將產(chǎn)生的控制信號供給到開關(guān)裝置100。通過控制信號產(chǎn)生部10向開關(guān)裝置100供給控制信號，從而點(diǎn)火裝置1000開始火花塞20的點(diǎn)火動作。

火花塞20通過放電產(chǎn)生電火花?；鸹ㄈ?0例如利用10kv以上程度的施加電壓進(jìn)行放電。作為一個(gè)例子，火花塞20設(shè)置于內(nèi)燃機(jī)，此時(shí)，對燃燒室的混合氣體等燃燒氣體進(jìn)行點(diǎn)火?；鸹ㄈ?0被設(shè)置在例如從汽缸的外部貫通到汽缸內(nèi)部的燃燒室的貫通孔，以密封該貫通孔的方式進(jìn)行固定。此時(shí)，火花塞20的一端向燃燒室內(nèi)露出，另一端從汽缸外部接收電信號。

點(diǎn)火線圈30向火花塞供給電信號。點(diǎn)火線圈30供給使火花塞20放電的高電壓作為電信號。點(diǎn)火線圈30可以作為變壓器發(fā)揮功能，例如是具有初級線圈32和次級線圈34的點(diǎn)火線圈(ignitioncoil)。初級線圈32和次級線圈34的一端電連接。初級線圈32的繞組數(shù)比次級線圈34的繞組數(shù)少，與次級線圈34共用芯。次級線圈34根據(jù)初級線圈32產(chǎn)生的電動勢而產(chǎn)生電動勢(互感電動勢)。次級線圈34的另一端與火花塞20連接，將產(chǎn)生的電動勢供給到火花塞20而進(jìn)行放電。

電源40向點(diǎn)火線圈30供給電壓。電源40例如向初級線圈32和次級線圈34的一端供給預(yù)先確定的恒定電壓vb(作為一個(gè)例子，為14v)。作為一個(gè)例子，電源40為汽車的電池。

開關(guān)裝置100根據(jù)由控制信號產(chǎn)生部10供給的控制信號，對在點(diǎn)火線圈30的初級線圈32的另一端和基準(zhǔn)電位之間的導(dǎo)通和非導(dǎo)通進(jìn)行切換。開關(guān)裝置100例如根據(jù)控制信號為高電位(導(dǎo)通電位)，使初級線圈32和基準(zhǔn)電位之間導(dǎo)通，根據(jù)控制信號為低電位(截止電位)，使初級線圈32和基準(zhǔn)電位之間不導(dǎo)通。

在此，基準(zhǔn)電位可以是汽車的控制系統(tǒng)中的基準(zhǔn)電位，另外，也可以是與汽車內(nèi)的開關(guān)裝置100對應(yīng)的基準(zhǔn)電位。基準(zhǔn)電位可以是使開關(guān)裝置100截止的低電位，作為一個(gè)例子，為0v。開關(guān)裝置100具備控制端子102、第一端子104、第二端子106、功率半導(dǎo)體元件110、斷路部120、電阻122、計(jì)時(shí)電路130、觸發(fā)部140、復(fù)位部150和鎖存部160。

控制端子102輸入控制功率半導(dǎo)體元件110的控制信號?？刂贫俗?02與控制信號產(chǎn)生部10連接，接收控制信號。第一端子104介由點(diǎn)火線圈30與電源40連接。第二端子106連接到基準(zhǔn)電位。即，第一端子104與第二端子106相比為高電位側(cè)的端子，第二端子106與第一端子104相比為低電位側(cè)的端子。

功率半導(dǎo)體元件110包括柵極端子(g)、集電極端子(c)和發(fā)射極端子(e)，根據(jù)輸入到柵極端子的控制信號，將集電極端子和發(fā)射極端子之間電連接或電斷開。功率半導(dǎo)體元件110連接到高電位側(cè)的第一端子104和低電位側(cè)的第二端子106之間，根據(jù)柵極電位而被控制為導(dǎo)通或截止。功率半導(dǎo)體元件110根據(jù)控制信號控制柵極電位。作為一個(gè)例子，功率半導(dǎo)體元件110為絕緣柵雙極晶體管(igbt)。另外，功率半導(dǎo)體元件110也可以為mosfet。

作為一個(gè)例子，功率半導(dǎo)體元件110具有達(dá)到幾百v的耐壓。功率半導(dǎo)體元件110例如是在基板的第一面?zhèn)刃纬捎屑姌O，在與第一面相反側(cè)的第二面?zhèn)刃纬捎袞烹姌O和發(fā)射電極的垂直型器件。另外，功率半導(dǎo)體元件110可以為垂直型mosfet。作為一個(gè)例子，功率半導(dǎo)體元件110的發(fā)射極端子與基準(zhǔn)電位連接。另外，集電極端子與初級線圈32的另一端連接。應(yīng)予說明，在本實(shí)施例中，對功率半導(dǎo)體元件110根據(jù)控制信號成為導(dǎo)通電位的情況而將集電極端子和發(fā)射極端子之間電連接的n溝道型igbt的例子進(jìn)行說明。

斷路部120連接到功率半導(dǎo)體元件110的柵極端子和基準(zhǔn)電位之間。作為一個(gè)例子，斷路部120是根據(jù)柵極電位而將漏極端子和源極端子之間控制為導(dǎo)通或截止的fet。對于斷路部120，漏極端子與功率半導(dǎo)體元件110的柵極端子連接，源極端子與基準(zhǔn)電位連接，在是否將從控制端子102輸入的控制信號供給到功率半導(dǎo)體元件110的柵極端子之間進(jìn)行切換。作為一個(gè)例子，斷路部120是根據(jù)柵極端子為高電位的情況，將漏極端子和源極端子之間電連接的常斷型的開關(guān)元件。此時(shí)，斷路部120優(yōu)選是n溝道型mosfet。

電阻122連接到控制端子102與功率半導(dǎo)體元件110的柵極端子之間。電阻122在斷路部120為off狀態(tài)的情況下，將控制信號供給到功率半導(dǎo)體元件110的柵極端子。在斷路部120為on狀態(tài)下，使控制信號流向基準(zhǔn)電位時(shí)，電阻122使該控制信號電壓下降。即，向功率半導(dǎo)體元件110的柵極端子供給基準(zhǔn)電位。

計(jì)時(shí)電路130檢測功率半導(dǎo)體元件110發(fā)生異常的情況。計(jì)時(shí)電路130在從控制端子102輸入的控制信號成為高電位時(shí)起測量該高電位持續(xù)的時(shí)間。計(jì)時(shí)電路130在控制信號持續(xù)高電位的時(shí)間經(jīng)過了預(yù)先確定的時(shí)間的情況下，在功率半導(dǎo)體元件110中持續(xù)流通電流，判斷為因加熱等而導(dǎo)致發(fā)生異常，將檢測到的異常情況作為計(jì)時(shí)信號而輸出。應(yīng)予說明，將預(yù)先確定的時(shí)間記為計(jì)時(shí)時(shí)間t。作為一個(gè)例子，計(jì)時(shí)電路130根據(jù)檢測到的異常而輸出高電位，在控制信號的高電位持續(xù)的時(shí)間為預(yù)先確定的時(shí)間以內(nèi)的情況下，輸出低電位。計(jì)時(shí)電路130具有時(shí)鐘電路132和倍增器134。

時(shí)鐘電路132產(chǎn)生時(shí)鐘信號。時(shí)鐘電路132將從控制端子102輸入的控制信號作為電源進(jìn)行動作。時(shí)鐘電路132將產(chǎn)生的時(shí)鐘信號供給到倍增器134。倍增器134將接收到的時(shí)鐘信號的周期倍增。作為一個(gè)例子，倍增器134包括n個(gè)t型觸發(fā)器(反轉(zhuǎn)觸發(fā)器(toggleflipflop))，使輸入的時(shí)鐘信號的周期tc成為2ⁿ倍(n為1以上的整數(shù))。

這樣，由于計(jì)時(shí)電路130將計(jì)時(shí)時(shí)間t作為脈沖寬度，所以將計(jì)時(shí)時(shí)間t設(shè)為周期的1/2，即tc·2^n-1。計(jì)時(shí)電路130在從控制端子102輸入的控制信號為高電位的狀態(tài)持續(xù)的時(shí)間比計(jì)時(shí)時(shí)間t長的情況下，輸出下一個(gè)周期的時(shí)鐘。即，計(jì)時(shí)電路130以控制信號持續(xù)高電位的情況為條件，在從控制信號為高電位時(shí)起算t時(shí)間后為高電位。計(jì)時(shí)電路130將計(jì)時(shí)信號供給到鎖存部160。

觸發(fā)部140根據(jù)用于控制功率半導(dǎo)體元件110的控制信號比基準(zhǔn)電壓高的情況，輸出觸發(fā)信號。作為一個(gè)例子，觸發(fā)部140根據(jù)控制信號從低電位變?yōu)楦唠娢坏那闆r，將低電位的觸發(fā)信號輸出到復(fù)位部150。作為一個(gè)例子，觸發(fā)部140將從控制端子102輸入的控制信號作為電源進(jìn)行動作，在該控制信號為低電位時(shí)不輸出信號。

復(fù)位部150根據(jù)控制信號為高電位的情況，在預(yù)先確定的期間內(nèi)輸出復(fù)位信號。復(fù)位部150根據(jù)從觸發(fā)部140接收的觸發(fā)信號，輸出高電位的復(fù)位信號。作為一個(gè)例子，復(fù)位部150將預(yù)先確定的脈沖寬度的脈沖信號作為復(fù)位信號輸出到鎖存部160。作為一個(gè)例子，復(fù)位部150將從控制端子102輸入的控制信號作為電源進(jìn)行動作，在該控制信號為低電位時(shí)不輸出信號。

鎖存部160根據(jù)復(fù)位信號被復(fù)位，鎖存從計(jì)時(shí)電路接收計(jì)時(shí)信號。鎖存部160根據(jù)功率半導(dǎo)體元件超過預(yù)先確定的時(shí)間而持續(xù)流通電流的情況，產(chǎn)生斷路信號，并將其供給到斷路部120的柵極端子。鎖存部160通過輸出斷路信號，從而斷開從控制端子102向功率半導(dǎo)體元件110的控制信號的供給。作為一個(gè)例子，鎖存部160產(chǎn)生從低電位成為高電位的斷路信號。由此，功率半導(dǎo)體元件110切換到截止?fàn)顟B(tài)。作為一個(gè)例子，鎖存部160將從控制端子102輸入的控制信號作為電源進(jìn)行動作，在該控制信號為低電位時(shí)不輸出信號。作為一個(gè)例子，鎖存部160為rs觸發(fā)器。

以上的本實(shí)施方式的開關(guān)裝置100處于功率半導(dǎo)體元件110正常的狀態(tài)，當(dāng)控制信號為高電位時(shí)，功率半導(dǎo)體元件110成為導(dǎo)通狀態(tài)。由此，從電源40介由點(diǎn)火線圈30的初級線圈32而流通集電極電流ic。應(yīng)予說明，集電極電流ic的時(shí)間變化dic/dt根據(jù)初級線圈32的電感和電源40的供給電壓而確定，增加到預(yù)先確定的(或設(shè)定的)電流值。例如，集電極電流ic增加到幾a、十幾a、或幾十a(chǎn)的程度。

并且，如果控制信號為低電位，則功率半導(dǎo)體元件110成為截止?fàn)顟B(tài)，集電極電流急劇減少。由于集電極電流的急劇減少，所以初級線圈32的兩端電壓因自感電動勢而急劇增加，使次級線圈34的兩端電壓產(chǎn)生達(dá)到幾十kv左右的感應(yīng)電動勢。點(diǎn)火裝置1000通過將這樣的次級線圈34的電壓供給到火花塞20，從而使火花塞20放電而對燃燒氣體進(jìn)行點(diǎn)火。

在此，在因控制信號產(chǎn)生部10等的故障而導(dǎo)致控制信號為高電位的狀態(tài)持續(xù)的情況下，計(jì)時(shí)電路130檢測高電位的持續(xù)，將計(jì)時(shí)信號供給到鎖存部160，鎖存部160斷開從控制端子102向功率半導(dǎo)體元件110的控制信號的供給。由此，功率半導(dǎo)體元件110的柵極電位成為截止電位，集電極電流ic被斷開。

如果功率半導(dǎo)體元件110流通集電極電流ic的狀態(tài)持續(xù)，則該功率半導(dǎo)體元件110和點(diǎn)火線圈30被加熱，有時(shí)產(chǎn)生故障等。本實(shí)施方式的點(diǎn)火裝置1000即使發(fā)生導(dǎo)致這樣的故障等的控制信號的高電位的持續(xù)，斷路部120也斷開向功率半導(dǎo)體元件110的控制信號的供給而斷開集電極電流ic，因此能夠防止在該點(diǎn)火裝置1000和汽車的部件產(chǎn)生破壞和動作不良等。

如上所述，對在開關(guān)裝置100中，計(jì)時(shí)電路130檢測到控制信號持續(xù)為高電位的例子進(jìn)行說明。計(jì)時(shí)電路130不接收來自外部的電源供給，而是將控制信號作為動作電源，所以可以不設(shè)置輸入電源的端子、檢測輸入電源的過電壓的電路、傳輸電路和保護(hù)電路等，能夠降低電路規(guī)模。使用圖2對這樣的計(jì)時(shí)電路130所具有的時(shí)鐘電路132進(jìn)行說明。

圖2表示設(shè)置于開關(guān)裝置100的時(shí)鐘電路132的構(gòu)成例。時(shí)鐘電路132包括控制信號輸入部172、時(shí)鐘信號輸出部174、基準(zhǔn)電位輸入部176、晶體管180、電阻182、電阻184、晶體管186、晶體管188、電容器190、比較器192、晶體管194和晶體管196。

作為一個(gè)例子，晶體管180、晶體管188和晶體管194為耗盡型mosfet，可在連接?xùn)艠O和源極而成為導(dǎo)通狀態(tài)下使用。晶體管186和晶體管196根據(jù)供給到柵極的電位，在源極和漏極之間進(jìn)行電連接或電斷開。晶體管180、晶體管186、晶體管188、晶體管194和晶體管196優(yōu)選由nmos形成。

對于晶體管180，漏極端子與控制信號輸入部172連接，柵極端子和源極端子與電阻182的一個(gè)端子連接。電阻182的另一個(gè)端子與電阻184的一個(gè)端子連接，電阻184的另一個(gè)端子與基準(zhǔn)電位輸入部176連接。即，晶體管180、電阻182和電阻184在控制信號輸入部172和基準(zhǔn)電位輸入部176之間串聯(lián)連接。

對于晶體管186，漏極端子連接到電阻182和電阻184之間，源極端子與基準(zhǔn)電位輸入部176連接。對于晶體管188，漏極端子與控制信號輸入部172連接，柵極端子和源極端子與電容器190的一個(gè)端子連接。另外，電容器190的另一個(gè)端子與基準(zhǔn)電位輸入部176連接。

比較器192的+側(cè)輸入端子與晶體管188的源極端子連接，-側(cè)輸入端子與晶體管180的源極端子連接，輸出端子與時(shí)鐘信號輸出部174連接。應(yīng)予說明，比較器192的輸出端子分別與晶體管186和晶體管196的柵極端子連接。

對于晶體管194，漏極端子與電容器190的一個(gè)端子連接，源極端子與晶體管196的漏極端子連接。對于晶體管196，源極端子與基準(zhǔn)電位輸入部176連接。即，電容器190與晶體管194以及晶體管196在從晶體管188的源極端子到基準(zhǔn)電位輸入部176之間并聯(lián)連接。接下來對這樣的時(shí)鐘電路132的動作進(jìn)行說明。

圖3表示圖2所示的時(shí)鐘電路132的各部分的動作波形的一個(gè)例子。圖3中，橫軸為時(shí)間，縱軸為輸出電位。另外，將控制信號記為vin，將比較器192的+側(cè)輸入端子的電位記為v+，將比較器192的-側(cè)輸入端子的電位記為v-，將時(shí)鐘信號輸出部174的輸出信號記為vout。另外，將電阻182的電阻值記為r1，將電阻184的電阻值記為r2。應(yīng)予說明，使晶體管180和晶體管188為大致相同形狀的晶體管，使晶體管180的源極電流和晶體管188的源極電流大致相同，均記為idep1，將晶體管194的漏極電流記為idep2。

如果控制信號的初期狀態(tài)為低電位，則比較器192的輸出也為低電位，因此晶體管186和晶體管196均處于截止?fàn)顟B(tài)。在時(shí)刻t0，當(dāng)控制信號成為高電位時(shí)，晶體管186處于截止?fàn)顟B(tài)，因此晶體管180的源極電流idep1流過電阻182和電阻184，比較器192的-側(cè)輸入端子的電位v-為idep1·(r1+r2)。

另外，由于晶體管196處于截止?fàn)顟B(tài)，所以利用晶體管188的源極電流idep1對電容器190進(jìn)行充電。隨著電容器190的充電，比較器192的+側(cè)輸入端子的電位v+從0v起隨著時(shí)間而上升。在比較器192的+側(cè)輸入端子的電位v+上升到idep1·(r1+r2)之前，由于-側(cè)輸入端子的電位v-處于高電位，所以比較器192的輸出(即，時(shí)鐘信號輸出部174的輸出信號vout)保持為低電位不變。

在時(shí)刻t1，如果電容器190的充電電位(即，比較器192的+側(cè)輸入端子的電位v+)超過idep1·(r1+r2)，則時(shí)鐘信號輸出部174的輸出信號vout成為高電位，晶體管186和晶體管196切換到導(dǎo)通狀態(tài)。因此，晶體管180的源極電流idep1流過電阻182和晶體管186，比較器192的-側(cè)輸入端子的電位v-為idep1·r1。

另外，由于晶體管196處于導(dǎo)通狀態(tài)，所以充電到電容器190中的電荷介由晶體管194和晶體管196，流向基準(zhǔn)電位并放電。即，比較器192的+側(cè)輸入端子的電位v+隨著電容器190的放電，從idep1·(r1+r2)起，隨著時(shí)間而降低。在比較器192的+側(cè)輸入端子的電位v+降低到idep1·r1之前，由于-側(cè)輸入端子的電位v-為低電位，所以時(shí)鐘信號輸出部174的輸出信號vout保持為高電位不變。

在時(shí)刻t2，如果比較器192的+側(cè)輸入端子的電位v+低于idep1·r1，則時(shí)鐘信號輸出部174的輸出信號vout成為低電位，晶體管186和晶體管196切換到截止?fàn)顟B(tài)。因此，晶體管180的源極電流idep1流過電阻182和電阻184，比較器192的-側(cè)輸入端子的電位v-成為idep1·(r1+r2)。

另外，由于晶體管196處于截止?fàn)顟B(tài)，所以電容器190被充電，比較器192的+側(cè)輸入端子的電位v+從idep1·r1起，隨著時(shí)間而上升。在比較器192的+側(cè)輸入端子的電位v+上升到idep1·(r1+r2)之前，由于-側(cè)輸入端子的電位v-為高電位，所以時(shí)鐘信號輸出部174的輸出信號vout在時(shí)刻t3之前保持為低電位不變。如上所述，時(shí)鐘電路132通過反復(fù)進(jìn)行電容器190的充電和放電，從而能夠?qū)⑤敵鲂盘杤out作為時(shí)鐘信號而輸出。接下來，對根據(jù)這樣的時(shí)鐘信號來切換功率半導(dǎo)體元件110的動作進(jìn)行說明。

圖4表示本實(shí)施方式的開關(guān)裝置100的各部分的動作波形的例子。在圖4中，設(shè)橫軸為時(shí)間，設(shè)縱軸為電壓值或電流值。另外，在圖4中，將從控制端子102輸入的控制信號記為“vin”，將功率半導(dǎo)體元件110的柵極端子的電位記為“vg”，將功率半導(dǎo)體元件110的集電極-發(fā)射極間電流(為集電極電流)記為“ic”，將功率半導(dǎo)體元件110的集電極-發(fā)射極間電壓(為集電極電壓)記為“vc”，將復(fù)位部150所輸出的復(fù)位信號記為“vr”，將計(jì)時(shí)電路130輸出的計(jì)時(shí)信號記為“vs”，來示出各自的時(shí)間波形。

在輸入到開關(guān)裝置200的控制信號vin為低電位(作為一個(gè)例子，為0v)的情況下，復(fù)位信號vr、計(jì)時(shí)信號vs和柵極電位vg為低電位(0v)，功率半導(dǎo)體元件110處于截止?fàn)顟B(tài)，集電極電流ic為0a，集電極電壓vc為電源40的輸出電壓(作為一個(gè)例子，為14v)。

并且，如果控制信號vin為高電位(作為一個(gè)例子，為5v)，則柵極電位vg成為高電位而功率半導(dǎo)體元件110切換到導(dǎo)通狀態(tài)，集電極電流ic開始增加，集電極電壓vc從約0v開始增加。另外，觸發(fā)部140輸出低電位的觸發(fā)信號，復(fù)位部150輸出高電位的復(fù)位信號vr。

然后，在控制信號vin成為高電位之后，如果在比計(jì)時(shí)電路130計(jì)數(shù)的計(jì)時(shí)時(shí)間t短的期間，控制信號vin再次成為低電位，則該低電位成為功率半導(dǎo)體元件110的柵極電位vg，因此功率半導(dǎo)體元件110切換到截止?fàn)顟B(tài)。由此，執(zhí)行圖1中說明的點(diǎn)火動作，集電極電流ic回到約0a，集電極電壓vc回到電源的輸出電位。應(yīng)予說明，對于集電極電壓vc，作為點(diǎn)火動作，在瞬間成為高電壓后立即回到電源的輸出電位。以上是圖4的控制信號vin顯示為“正?！钡姆秶拈_關(guān)裝置100的動作。

接下來，對控制信號vin的成為高電位的狀態(tài)超過計(jì)時(shí)時(shí)間t仍持續(xù)的情況的例子進(jìn)行說明。此時(shí)，對于控制信號vin成為高電位的狀態(tài)為止已經(jīng)進(jìn)行了說明，即，功率半導(dǎo)體元件110切換到導(dǎo)通狀態(tài)，集電極電流ic開始增加，集電極電壓vc從約成為0v后立即開始增加。另外，觸發(fā)部140輸出觸發(fā)信號，復(fù)位部150輸出復(fù)位信號vr。

在此，如果控制信號vin的高電位的狀態(tài)持續(xù)，則集電極電流ic的增加持續(xù)，功率半導(dǎo)體元件110的溫度上升。由此，集電極電壓vc和集電極電流ic飽和，但是如果該狀態(tài)持續(xù)，則開關(guān)裝置100和與開關(guān)裝置100連接的點(diǎn)火線圈30等部件有時(shí)會產(chǎn)生故障等。為了防止這樣的故障等，如果在控制信號vin成為高電位時(shí)起經(jīng)過計(jì)時(shí)時(shí)間t，則計(jì)時(shí)電路130輸出檢測到異常的計(jì)時(shí)信號vs。鎖存部160鎖定計(jì)時(shí)信號vs并輸出斷路信號，使柵極電位vg成為低電位。由此，功率半導(dǎo)體元件110切換到截止?fàn)顟B(tài)。由此，執(zhí)行圖1中說明的點(diǎn)火動作，集電極電流ic回到約0a，集電極電壓vc回到電源的輸出電壓。

在集電極電流ic和集電極電壓vc回到原始狀態(tài)之后，如果控制信號vin成為低電位，則斷開向鎖存部160的電源供給，因此斷路信號成為低電位。以上是圖4的控制信號vin顯示為“on固定”的范圍的開關(guān)裝置100的動作。如上所述，本實(shí)施方式的開關(guān)裝置100能夠檢測在功率半導(dǎo)體元件110中流通電流的狀態(tài)持續(xù)計(jì)時(shí)時(shí)間t以上的情況，并將功率半導(dǎo)體元件110切換到截止?fàn)顟B(tài)。

然而，即使將圖1所示的開關(guān)裝置100制造為集成電路，使其單芯片化，也有時(shí)無法降低芯片尺寸。如以下說明，這是因?yàn)闀r(shí)鐘電路132成為比計(jì)時(shí)時(shí)間t小的時(shí)鐘周期，倍增器134的面積增加。由于計(jì)時(shí)電路130的時(shí)鐘電路132所生成的時(shí)鐘信號的周期取決于電容器190的充電時(shí)間，所以取決于于電容器190的容量。然而，如果使電容器190的容量c變大，則電容器190的尺寸也變大，但使開關(guān)裝置100小型化時(shí)，電容器190的容量c最大為100pf左右。

另外，為了輸出穩(wěn)定的時(shí)鐘信號，優(yōu)選-側(cè)輸入端子的電位v-的振幅δv-{＝idep1·(r1+r2)-idep1·r1＝idep1·r2}恒定。因此，優(yōu)選晶體管180處于漏極電流飽和的夾斷(pinch-off)的狀態(tài)。在此，作為控制信號的高電位，如果使用2.5v～5v程度的電位，使晶體管180的夾斷電壓為2v，則δv-小于0.5v。應(yīng)予說明，由于δv-也是+側(cè)輸入端子的電位v+的振幅δv+，所以充電到電容器190中的電荷q小于c·δv+。

因此，充電到電容器190中的電荷q與電容器190的容量c和控制信號的高電位成比例。電容器190的容量c的大小如上所述，是有限度的，另外，由于控制信號是從開關(guān)裝置100的外部輸入的信號，所以在設(shè)計(jì)開關(guān)裝置100時(shí)，無法將控制信號的高電位設(shè)定為較高。即，對于時(shí)鐘電路132所生成的時(shí)鐘信號的周期tc而言，即使改變開關(guān)裝置100的設(shè)計(jì)參數(shù)，也是有限度的，例如，在idep1為1μa左右的情況下，該周期tc為10μs左右。

作為一個(gè)例子，在計(jì)時(shí)電路130使計(jì)時(shí)時(shí)間t為10ms時(shí)，倍增器134使時(shí)鐘電路132所輸出的時(shí)鐘周期為2000倍左右。因此，倍增器134，例如，設(shè)置11個(gè)左右t型觸發(fā)器，作為結(jié)果，計(jì)時(shí)電路130的電路規(guī)模增大。因此，本實(shí)施方式的開關(guān)裝置200能夠降低電路規(guī)模，并且能夠輸出穩(wěn)定的計(jì)時(shí)時(shí)間的計(jì)時(shí)信號。接下來，對這樣的開關(guān)裝置200進(jìn)行說明。

圖5表示本實(shí)施方式的點(diǎn)火裝置2000的構(gòu)成例。在圖5所示的點(diǎn)火裝置2000中，對與圖1中示出的本實(shí)施方式的點(diǎn)火裝置1000的動作大致相同的動作標(biāo)注相同符號，并省略說明。點(diǎn)火裝置2000具備開關(guān)裝置200。應(yīng)予說明，對于點(diǎn)火裝置2000具備的控制信號產(chǎn)生部10、火花塞20、點(diǎn)火線圈30和電源40省略說明。

開關(guān)裝置200具備控制端子202、第一端子204、第二端子206、功率半導(dǎo)體元件110、斷路部120、電阻122、觸發(fā)部140、復(fù)位部150、鎖存部160、電容器210、充電部220、放電部230和反相器240。控制端子202輸入控制功率半導(dǎo)體元件110的控制信號?？刂贫俗?02與控制信號產(chǎn)生部10連接，接收控制信號。第一端子204介由點(diǎn)火線圈30與電源40連接。第二端子206與基準(zhǔn)電位連接。即，第一端子204與第二端子206相比為高電位側(cè)的端子，第二端子206與第一端子204相比為低電位側(cè)的端子。

應(yīng)予說明，對于功率半導(dǎo)體元件110、斷路部120和電阻122，由于已經(jīng)在圖1中進(jìn)行了說明，因此在此省略說明。對于電容器210，一個(gè)端子介由第二端子206與基準(zhǔn)電位連接，另一個(gè)端子與充電部220連接。

觸發(fā)部140根據(jù)用于控制功率半導(dǎo)體元件110的控制信號比基準(zhǔn)電壓高的情況，輸出觸發(fā)信號。觸發(fā)部140根據(jù)控制信號從低電位成為高電位的情況，將低電位的觸發(fā)信號供給到復(fù)位部150和充電部220。作為一個(gè)例子，觸發(fā)部140將從控制端子202輸入的控制信號作為電源進(jìn)行動作，在該控制信號為低電位時(shí)不輸出信號。

復(fù)位部150根據(jù)控制信號為高電位的情況，在預(yù)先確定的期間內(nèi)輸出復(fù)位信號。復(fù)位部150根據(jù)從觸發(fā)部140接收到的觸發(fā)信號輸出高電位的復(fù)位信號。作為一個(gè)例子，復(fù)位部150將預(yù)先確定的脈沖寬度的脈沖信號作為復(fù)位信號輸出到鎖存部160。作為一個(gè)例子，復(fù)位部150將從控制端子202輸入的控制信號作為電源進(jìn)行動作，在該控制信號為低電位時(shí)不輸出信號。

鎖存部160根據(jù)復(fù)位信號進(jìn)行復(fù)位，鎖定從反相器240接收計(jì)時(shí)信號。鎖存部160根據(jù)功率半導(dǎo)體元件超過預(yù)先確定的時(shí)間持續(xù)流通電流的情況，產(chǎn)生阻擋信號，并供給到斷路部120的柵極端子。鎖存部160通過輸出阻擋信號，從而阻擋從控制端子102向功率半導(dǎo)體元件110的控制信號的供給。作為一個(gè)例子，鎖存部160產(chǎn)生從低電位成為高電位的阻擋信號。由此，功率半導(dǎo)體元件110切換到截止?fàn)顟B(tài)。作為一個(gè)例子，鎖存部160將從控制端子202輸入的控制信號作為電源進(jìn)行動作，在該控制信號為低電位時(shí)不輸出信號。作為一個(gè)例子，鎖存部160為rs觸發(fā)器。

充電部220在功率半導(dǎo)體元件110處于截止的期間中的至少一部分時(shí)，對電容器210進(jìn)行充電。充電部220與第一端子204連接，利用來自第一端子204的電壓對電容器210進(jìn)行充電。充電部220具有鉗位部222、第一電阻224和開關(guān)部226。

鉗位部222在第一端子204和基準(zhǔn)電位之間與電容器210并聯(lián)連接。鉗位部222在來自第一端子204的電壓是比預(yù)先確定的電壓高的電壓的情況下，將來自第一端子204的電壓鉗位在該預(yù)先確定的電壓。應(yīng)予說明，將預(yù)先確定的電壓作為鉗位電壓。作為一個(gè)例子，鉗位部222具有在第一端子204與基準(zhǔn)電位之間與電容器210并聯(lián)連接的齊納二極管。齊納二極管的陽極與第二端子206連接。

第一電阻224連接到電容器210和鉗位部222的第一端子204側(cè)的端子與第一端子204之間。第一電阻224的一端與第一端子204連接，另一端與齊納二極管的陰極連接。即，第一電阻224和鉗位部222從第一端子204起到第二端子206之間串聯(lián)連接。在鉗位部222使來自第一端子204的電壓鉗位而流通電流的情況下，第一電阻224限制流過鉗位部222的電流的量而防止因電流導(dǎo)致的溫度上升。

開關(guān)部226在第一電阻224的另一端和電容器210的另一個(gè)端子之間進(jìn)行電連接和電斷開的切換。作為一個(gè)例子，開關(guān)部226具有晶體管。此時(shí)，對于開關(guān)部226，柵極端子和集電極端子與第一電阻224的另一端連接，發(fā)射極端子與電容器210的另一個(gè)端子連接。即，開關(guān)部226和電容器210在從第一電阻224的另一端到第二端子206之間串聯(lián)連接。另外，開關(guān)部226和電容器210在從第一電阻224的另一端到第二端子206之間，與鉗位部222并聯(lián)連接。

當(dāng)鉗位部222使來自第一端子204的電壓鉗位時(shí)，開關(guān)部226根據(jù)鉗位電壓而成為導(dǎo)通狀態(tài)，將該鉗位電壓供給到電容器210。由此，利用被鉗位部222鉗位的電壓對電容器210進(jìn)行充電。另外，開關(guān)部226在柵極端子和發(fā)射極端子中，接收來自觸發(fā)部140的觸發(fā)信號。利用該觸發(fā)信號，由于柵極端子和發(fā)射極端子為低電位，所以開關(guān)部226成為截止?fàn)顟B(tài)而停止向電容器210的鉗位電壓的供給。即，開關(guān)部226根據(jù)觸發(fā)信號來斷開第一端子204和電容器210之間的連接。

放電部230根據(jù)功率半導(dǎo)體元件110為導(dǎo)通的情況，使充電到電容器210中的電荷放電。放電部230例如連接到電容器210的另一個(gè)端子和第二端子206之間，將由電容器210的另一個(gè)端子充電的電荷朝向基準(zhǔn)電位而放電。放電部230例如具有在第一端子204和基準(zhǔn)電位之間與電容器210并聯(lián)連接的第二電阻和/或恒定電流源。

反相器240連接到電容器210的另一個(gè)端子和鎖存部160之間，將根據(jù)電容器210的電位的反相邏輯輸出供給到鎖存部160。作為一個(gè)例子，反相器240以將動作電源作為從控制端子202輸入的控制信號，控制信號成為高電位為條件，將反相邏輯輸出供給到鎖存部160。

反相器240例如在向電容器210充電電荷而成為超過閾值的高電位的情況下，將低電位供給到鎖存部160。另外，對于反相器240，如果電容器210的電荷被放電部230放電而成為閾值以下的低電位，則將高電位供給到鎖存部160。即，反相器240將利用放電部230進(jìn)行的放電為閾值以下的時(shí)刻作為計(jì)時(shí)時(shí)間t，輸出高電位的計(jì)時(shí)信號。

如上所述，本實(shí)施方式的開關(guān)裝置200，利用充電部220使用第一端子204側(cè)的電壓對電容器210進(jìn)行充電來代替圖1中說明的開關(guān)裝置100的計(jì)時(shí)電路130。由此，在功率半導(dǎo)體元件110為截止?fàn)顟B(tài)的情況下，由于充電部220可以使用基于電源40的電位(作為一個(gè)例子為14v)進(jìn)行了鉗位的電壓進(jìn)行充電，所以能夠以5v以上的電壓對電容器210進(jìn)行充電。因此，對于開關(guān)裝置200來說，即使電容器210和電容器190的容量大致相同，充電到電容器210中的電荷的量也能夠增加到計(jì)時(shí)電路130充電到電容器190中的電荷的量的約10倍以上。

另外，開關(guān)裝置200可以使用放電部230使充電到電容器210中的電荷放電，按照由電容器210和放電部230確定的時(shí)間常數(shù)進(jìn)行放電。即，開關(guān)裝置200即使電容器210的容量為100pf左右，例如，通過調(diào)整放電部230朝向基準(zhǔn)電位流通的電流的量，從而與計(jì)時(shí)電路130相比，能夠延長放電的時(shí)間常數(shù)。因此，開關(guān)裝置200可以不使用圖1中說明的倍增器134地將反相器240輸出的計(jì)時(shí)信號的計(jì)時(shí)時(shí)間t作為ms單位的時(shí)間。

圖6表示本實(shí)施方式的觸發(fā)部140和復(fù)位部150的構(gòu)成例。觸發(fā)部140具有控制信號輸入部142、觸發(fā)信號輸出部144、基準(zhǔn)電位輸入部146、電阻272、電阻274和反相器276。復(fù)位部150包括控制信號輸入部152、復(fù)位信號輸出部154、基準(zhǔn)電位輸入部156、反相器282、電阻284、電容器286、和反相器288。

將從控制端子202接收的控制信號輸入控制信號輸入部142和控制信號輸入部152。觸發(fā)信號輸出部144輸出該觸發(fā)部140生成的觸發(fā)信號。復(fù)位信號輸出部154輸出該復(fù)位部150生成的復(fù)位信號。基準(zhǔn)電位輸入部146和基準(zhǔn)電位輸入部156介由第二端子206與基準(zhǔn)電位連接。

電阻272和電阻274在控制信號輸入部142和基準(zhǔn)電位輸入部146之間串聯(lián)連接，將從控制信號輸入部142輸入的控制信號vin分壓。當(dāng)將電阻272的電阻值記為r1，將電阻274的電阻值記為r2時(shí)，分壓電位成為vin·r2/(r1+r2)。作為一個(gè)例子，在控制信號過渡性地從低電位(作為一個(gè)例子，為0v)線性上升到高電位(作為一個(gè)例子，為5v)時(shí)，分壓電位也從0v線性上升到5·r2/(r1+r2)。

反相器276連接到電阻272和電阻274之間，接收分壓電位而進(jìn)行反轉(zhuǎn)輸出。觸發(fā)部140將反相器276的輸出作為觸發(fā)信號而輸出。應(yīng)予說明，在反相器276控制信號vin為低電位時(shí)，由于動作電源為0v，所以無法輸出信號。但是，當(dāng)使鉗位電壓從充電部220供給到觸發(fā)信號輸出部144時(shí)，觸發(fā)信號輸出部144的電位與該鉗位電位大致相等。

反相器282接收反相器276的輸出而進(jìn)行反轉(zhuǎn)輸出。電阻284和電容器286構(gòu)成rc電路，接收反相器282的輸出而具有時(shí)間常數(shù)rc的遲延地輸出上升的信號。反相器288接收電阻284和電容器286的輸出而進(jìn)行反轉(zhuǎn)輸出。

應(yīng)予說明，反相器276、反相器282和反相器288分別將控制信號作為動作電源。因此，反相器276、反相器282和反相器288在該控制信號過渡性上升的過程中，該控制信號達(dá)到反相器的閾值的期間輸出與控制信號大致相同的電位的信號。應(yīng)予說明，在本例中，各反相器的閾值為大致相同的值v1。接下來，對這樣的觸發(fā)部140和復(fù)位部150的各部的動作進(jìn)行說明。

圖7表示本實(shí)施方式的觸發(fā)部140和復(fù)位部150的動作波形的一個(gè)例子。在圖7中，設(shè)橫軸為時(shí)間，縱軸為輸出電位。在圖7中，針對控制信號從截止電位(0v)線性上升到導(dǎo)通電位(5v)的情況來示出反相器276、反相器282和反相器288的輸出電位的一個(gè)例子。

在圖7中，將控制信號記為vin，將反相器276的輸出，即觸發(fā)部140的輸出記為vt，將反相器282的輸出記為vout1，將反相器288的輸出，即復(fù)位部150的輸出記為vr。反相器276、反相器282和反相器288的輸出電位vt、vout1和vr在輸入電位到達(dá)反相器的閾值之前，是與電源電位(即，控制信號vin)大致相同的電位。

對于反相器276，在時(shí)刻t1，即使電源的電位(即，vin)超過閾值v1，由于輸入的分壓電位vin·r2/(r1+r2)為閾值v1以下的值，所以將輸入電位作為低電位而反轉(zhuǎn)輸出高電位。應(yīng)予說明，對于反相器276，即使以輸出高電位的方式進(jìn)行動作，在電源電位為到達(dá)高電位(例如5v)的過程的過渡性電位的情況下，也將該過渡性電源電位作為高電位而輸出。在圖7中，示出反相器276的輸出電位vt在時(shí)刻t1以后，輸出與電源電位vin大致相同的電位的例子。

對于反相器276，在時(shí)刻t2，根據(jù)電源的電位vin超過閾值v1，且輸入的分壓電位超過閾值v1(即，高電位的輸入)，將低電位反轉(zhuǎn)輸出。圖7示出反相器276的輸出電位vt在時(shí)刻t2成為低電位(0v)的例子。即，觸發(fā)部140根據(jù)控制信號vin成為高電位的情況，輸出小于閾值v1的低電位。

對于反相器282，在時(shí)刻t1，根據(jù)電源的電位vin超過閾值v1，且輸入電位超過閾值v1的電位的情況，反轉(zhuǎn)輸出低電位。圖7示出反相器282的輸出電位vout1在時(shí)刻t1成為低電位的例子。對于反相器282，在時(shí)刻t2，根據(jù)電源的電位vin超過閾值v1，且輸入電位為低電位的情況，反轉(zhuǎn)輸出高電位。應(yīng)予說明，反相器282在電源電位vin達(dá)到高電位的過程的過渡性的電位的情況下，將該過渡性的電源電位作為高電位而輸出。圖7示出反相器282的輸出電位vout1在時(shí)刻t2以后，成為與電源電位vin大致相同的電位的例子。

由電阻284和電容器286構(gòu)成的rc電路使反相器282的輸出信號遲延。圖7示出rc電路使輸出信號遲延10μs的例子。反相器288根據(jù)電源的電位vin為超過閾值1，輸入電位超過閾值v1的電位的情況，將低電位反轉(zhuǎn)輸出。圖7示出反相器288的輸出電位vr在從時(shí)刻t2經(jīng)過10μs的時(shí)刻成為低電位的例子。

如上所述，本實(shí)施方式的復(fù)位部150在控制信號成為高電位之后經(jīng)過基準(zhǔn)時(shí)間t2以后，輸出預(yù)先確定的脈沖寬度的復(fù)位信號。作為一個(gè)例子，圖7所示的復(fù)位信號是以由電阻284和電容器286設(shè)定的時(shí)間常數(shù)10μs作為脈沖寬度的脈沖信號。

據(jù)此，鎖存部160利用對應(yīng)觸發(fā)信號輸出的復(fù)位信號被復(fù)位，根據(jù)表示電容器210的電壓比閾值電壓低的情況的計(jì)時(shí)信號被置位。即，鎖存部160以控制信號成為高電位為條件，根據(jù)功率半導(dǎo)體元件110成為導(dǎo)通狀態(tài)的期間超過計(jì)時(shí)時(shí)間t的情況進(jìn)行輸出，鎖定計(jì)時(shí)信號。并且，鎖存部160將斷路信號供給到斷路部120。斷路部120根據(jù)鎖存部被置位的情況，使功率半導(dǎo)體元件110的柵極電位為截止電位，使功率半導(dǎo)體元件110處于截止?fàn)顟B(tài)。

如上所述，本實(shí)施方式的開關(guān)裝置200根據(jù)功率半導(dǎo)體元件110的導(dǎo)通狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間對動作進(jìn)行限制，并且作為點(diǎn)火器進(jìn)行動作，在該點(diǎn)火器中，根據(jù)用于控制功率半導(dǎo)體元件的控制信號來控制在與第一端子204連接的點(diǎn)火線圈30中流通的電流。接下來對這樣的開關(guān)裝置200的動作進(jìn)行說明。

圖8表示本實(shí)施方式的開關(guān)裝置200的各部分的動作波形的例子。在圖8中，設(shè)橫軸為時(shí)間，縱軸為電壓值或電流值。另外，在圖8中，將從控制端子202輸入的控制信號記為“vin”，將功率半導(dǎo)體元件110的柵極端子的電位記為“vg”，將功率半導(dǎo)體元件110的集電極-發(fā)射極間電流(為集電極電流)記為“ic”，將功率半導(dǎo)體元件110的集電極-發(fā)射極間電壓(為集電極電壓)記為“vc”，將觸發(fā)部140輸出的觸發(fā)信號記為“vt”，將復(fù)位部150輸出的復(fù)位信號記為“vr”，將電容器210的電位記為“vcap”，將反相器240輸出的計(jì)時(shí)信號記為“vs”，并示出各自的時(shí)間波形。

在輸入到開關(guān)裝置100的控制信號vin為低電位(作為一個(gè)例子，為0v)的情況下，復(fù)位信號vr、計(jì)時(shí)信號vs和柵極電位vg為低電位(0v)，功率半導(dǎo)體元件110處于截止?fàn)顟B(tài)，集電極電流ic為0a，集電極電壓vc為電源40的輸出電壓(作為一個(gè)例子，為14v)。另外，由于集電極電壓vc為電源40的輸出電壓，所以鉗位部222鉗位到鉗位電壓(作為一個(gè)例子，vzd＝6v)。

由于將鉗位部222的鉗位電壓vzd供給到觸發(fā)部140的觸發(fā)信號輸出部144，所以觸發(fā)信號vt為鉗位電壓vzd。另外，對于鉗位部222的鉗位電壓vzd，由于使開關(guān)部226處于導(dǎo)通狀態(tài)，所以電容器210被充電而成為恒定的電壓(作為一個(gè)例子，為vcapmax)。在此，開關(guān)部226具有晶體管，將該晶體管的閾值記為vthm(作為一個(gè)例子，為1v)時(shí)，vcapmax＝vzd-vthm＝5v。

并且，如果控制信號vin為高電位(作為一個(gè)例子，為5v)，則柵極電位vg成為高電位而功率半導(dǎo)體元件110切換到導(dǎo)通狀態(tài)，集電極電流ic開始增加，集電極電壓vc從大致成為0v后立即開始增加。另外，觸發(fā)部140輸出低電位的觸發(fā)信號，復(fù)位部150輸出高電位的復(fù)位信號vr。

由于觸發(fā)部140輸出觸發(fā)信號，所以開關(guān)部226處于截止?fàn)顟B(tài)而電容器210被放電部230放電。由此，電容器210的電位vcap從vcapmax起衰減。當(dāng)電容器210的電位vcap衰減到反相器240的閾值(作為一個(gè)例子，為vthinv)之前，控制信號vin成為低電位時(shí)，該控制信號vin成為高電位以后，在比計(jì)時(shí)時(shí)間t短的期間切換到低電位。

此時(shí)，由于該低電位為功率半導(dǎo)體元件110的柵極電位vg，所以功率半導(dǎo)體元件110切換到截止?fàn)顟B(tài)。由此，執(zhí)行圖1中說明的點(diǎn)火動作，集電極電流ic回到約0a，集電極電壓vc回到電源的輸出電位。應(yīng)予說明，作為點(diǎn)火動作，集電極電壓vc在瞬時(shí)成為高電壓之后立即回到電源的輸出電位。另外，觸發(fā)信號vt為鉗位電壓vzd，電容器210被充電而電位成為vcapmax。以上是圖8的控制信號vin顯示為“正?！钡姆秶拈_關(guān)裝置200的動作。

接下來，對控制信號vin的成為高電位的狀態(tài)持續(xù)超過計(jì)時(shí)時(shí)間t的情況的例子進(jìn)行說明。此時(shí)，在控制信號vin成為高電位的狀態(tài)之前，已經(jīng)進(jìn)行了說明，功率半導(dǎo)體元件110切換到導(dǎo)通狀態(tài)，集電極電流ic開始增加，集電極電壓vc在大致成為0v后立即開始增加。另外，觸發(fā)部140輸出觸發(fā)信號，復(fù)位部150輸出復(fù)位信號vr，電容器210的電位vcap衰減。

在此，如果控制信號vin的高電位的狀態(tài)持續(xù)，則放電部230繼續(xù)電容器210的電荷的放電，電容器210的電位vcap的衰減持續(xù)。并且，如果電容器210的電位vcap衰減到反相器240的閾值vthinv，則反相器240的輸入成為低電位，因此反相器240輸出高電位的計(jì)時(shí)信號。即，反相器240在持續(xù)流通集電極電流ic的情況下，為了防止與開關(guān)裝置200和開關(guān)裝置200連接的點(diǎn)火線圈30等部件中產(chǎn)生的故障等，在控制信號vin成為高電位之后經(jīng)過計(jì)時(shí)時(shí)間t時(shí)，輸出計(jì)時(shí)信號vs。

鎖存部160鎖定計(jì)時(shí)信號vs并輸出斷路信號，斷路部120使柵極電位vg為低電位。即，根據(jù)電容器210的電壓比閾值電壓vthinv低的情況，斷路部120將功率半導(dǎo)體元件110的柵極電壓下拉(pulldown)而成為截止?fàn)顟B(tài)。由此，執(zhí)行圖1中說明的點(diǎn)火動作，集電極電流ic回到約0a，集電極電壓vc回到電源的輸出電壓。應(yīng)予說明，由于觸發(fā)部140在控制信號vin的高電位持續(xù)的情況下，繼續(xù)低電位的輸出，所以開關(guān)部226的截止?fàn)顟B(tài)也持續(xù)，電容器210的電位vcap繼續(xù)衰減。

在集電極電流ic和集電極電壓vc回到原始狀態(tài)之后，如果控制信號vin成為低電位，則斷開向鎖存部160的電源供給，因此斷路信號成為低電位。另外，由于向觸發(fā)部140的電源供給也被斷開，所以開關(guān)部226切換到導(dǎo)通狀態(tài)，電容器210被充電。以上是圖8的控制信號vin顯示為“on固定”的范圍的開關(guān)裝置200的動作。

如上所述，本實(shí)施方式的開關(guān)裝置200檢測電流流過功率半導(dǎo)體元件110的狀態(tài)持續(xù)了計(jì)時(shí)時(shí)間t以上的情況，能夠?qū)⒐β拾雽?dǎo)體元件110切換到截止?fàn)顟B(tài)。另外，開關(guān)裝置200能夠在不使用圖1中說明的計(jì)時(shí)電路130的情況下控制功率半導(dǎo)體元件110。即，開關(guān)裝置200可以作為電路規(guī)模小，且穩(wěn)定動作的計(jì)時(shí)電路發(fā)揮作用。因此，通過將開關(guān)裝置200制造為集成電路，使其單芯片化，從而提供使芯片尺寸降低的點(diǎn)火器。

圖9表示具備本實(shí)施方式的開關(guān)裝置200的第一變形例的點(diǎn)火裝置2000的構(gòu)成例。在圖9所示的點(diǎn)火裝置2000中，對與圖5中示出的本實(shí)施方式的點(diǎn)火裝置2000的動作大致相同的動作標(biāo)注相同的符號，并省略說明。第一變形例的開關(guān)裝置200在充電部220具有整流元件510。整流元件510例如為二極管。

整流元件510連接到第一電阻224與電容器210之間，作為從第一端子204向電容器210單向地流通電流的整流電路進(jìn)行連接。整流元件510的陽極端子與第一電阻224連接，陰極端子與電容器210的另一個(gè)端子連接。因此，整流元件510能夠執(zhí)行與圖5中說明的開關(guān)部226大致相同的動作，第一變形例的開關(guān)裝置200能夠執(zhí)行與圖5～圖8中說明的開關(guān)裝置200大致相同的動作。由此，第一變形例的開關(guān)裝置200可以不具有開關(guān)部226。

圖10表示具備本實(shí)施方式的開關(guān)裝置200的第二變形例的點(diǎn)火裝置2000的構(gòu)成例。在圖10所示的點(diǎn)火裝置2000中，對與圖5示出的本實(shí)施方式的點(diǎn)火裝置2000的動作大致相同的動作標(biāo)注相同的符號，并省略說明。第二變形例的開關(guān)裝置200在充電部220具有開關(guān)元件520。

開關(guān)元件520連接到第一端子204與開關(guān)部226之間，作為限制從第一端子204流過開關(guān)部226的柵極端子的電流的電路而進(jìn)行連接。開關(guān)元件520的漏極端子與第一端子204連接，源極端子與開關(guān)部226的柵極端子連接，柵極端子與該開關(guān)元件520的源極端子連接。此時(shí)，開關(guān)元件520為耗盡型(常開型)的mosfet即可。

由于開關(guān)元件520流通與漏極-源極間(即，漏極-柵極間)電位成比例的電流，所以作為電阻發(fā)揮作用。因此，第二變形例的開關(guān)裝置200可以具有開關(guān)元件520代替第一電阻224。另外，在開關(guān)元件520的漏極電位上升到為40v左右時(shí)，由于飽和而在漏極-源極間流通的電流例如為100μa左右。由此，也能夠防止在鉗位部222流通過量的電流。如上所述，由于開關(guān)元件520作為第一電阻224發(fā)揮作用，所以第二變形例的開關(guān)裝置200能夠執(zhí)行與圖5～圖8中說明的開關(guān)裝置200大致相同的動作。另外，也可以像第一變形例那樣，具備整流元件510來代替開關(guān)部226。

以上，使用實(shí)施方式說明了本發(fā)明，但本發(fā)明的技術(shù)的范圍不限于上述實(shí)施方式中記載的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員會明白可以對上述實(shí)施方式進(jìn)行各種變更或改良。根據(jù)權(quán)利要求書的記載可知，對上述實(shí)施方式進(jìn)行的各種變更或改良的方式顯然也包括在本發(fā)明的技術(shù)方案內(nèi)。

應(yīng)當(dāng)注意的是，在權(quán)利要求書、說明書和附圖中所示的裝置、系統(tǒng)、程序和方法中的動作、順序、步驟和階段等各處理的執(zhí)行順序并未特別明確“在……之前”，“事先”等，另外，只要不是后續(xù)處理中需要使用之前處理的結(jié)果，就可以按任意順序?qū)崿F(xiàn)。方便起見，對權(quán)利要求書、說明書和附圖中的動作流程使用“首先”，“接下來”等進(jìn)行說明，也不表示一定要按照該順序?qū)嵤?/p>