为了产生火花，你需要的设备包括电源、电池、变压器(即点火线圈)和控制变压器初级电流的开关。电子教科书告诉我们，V=Ldi/dt。因此，如果线圈初级绕组中的电流瞬间发生变化(即di/dt值较大)，初级绕组中就会产生高电压。如果点火线圈的匝数比是n，初级电压可以根据绕组匝数比放大。因此，火花塞间隙上会产生10kV至20kV的电压。一旦电压超过间隙周围空气的介电常数，就会击穿间隙，形成火花。这个火花将点燃燃料和空气的混合物，从而产生发动机工作所需的能量(图1)。
除柴油机外，所有的内燃机都有一个基本电路(汽车点火系统)。用于给点火线圈充电的开关元件经历了很大的演变:从分电器中的单个机械开关和多个断路器触点，到安装在分电器中的高压达林顿双极晶体管或单独的电子控制模块，再到直接安装在火花塞上点火线圈中的绝缘栅双极晶体管(IGBT)，这是一种直接安装在火花塞上点火线圈中的智能IGBT。
许多年前，IGBT已经成为点火开关的应用领域。图2是IGBT的剖视图。与其他技术相比，IGBT具有以下重要优势:
1.大电流时饱和电压降低；
2.很容易构造一个可以处理高压线圈(400~600V)的电路；
3.简化的MOS驱动能力；
4.它能承受线圈工作异常时的高能耗(在SCIS的额定范围内)。
图2所示的点火IGBT示意图包括几个额外的重要元素。从集电极到栅极的雪崩二极管堆建立了“导通”电压。当线圈的反激脉冲或尖峰脉冲迫使集电极上升到该电压时，IGBT将开启。此时，IGBT将消耗线圈在活动区时积累的剩余能量(而不是用来产生火花)。有了这个雪崩“箝位”电路，IGBT可以限制箝位电压，使其远低于N型外延掺杂/P基极(N epi/P基极)半导体的击穿电压，从而保证其安全工作。这样，点火IGBT承受自箝位感应开关(SCIS)能量的能力可以显著提高。这个续航能力是一个评级指标，也就是说， 每次点火线圈中的能量以火花形式释放时，IGBT吸收的能量。通过限制初级线圈上的电压，点火线圈本身也被保护免受过压。
第一代点火IGBT可以大大减少IGBT的芯片面积，同时仍然保持优良的SCIS性能。这一进步催生了多芯片智能IGBT产品。这种智能产品结合了高性能BCD IC技术和高性能功率分立元件IGBT。智能IGBT线圈驱动电路的需求动因在于电源开关的发展方向由外置发动机控制模块转变为直接位于发动机火花塞上点火线圈中的元件。当点火线圈位于火花塞上时，这种结构称为“火花塞上的线圈”；当线圈中包含线圈驱动电路时，这种结构称为“接通线圈”。
“线圈上开关”结构在系统性能、可靠性和成本方面具有明显的优势。它的一些优点如下:
1.不需要高压火花塞线；
2.发动机控制模块中不会产生热量；
3.节省发动机控制模块的空间；
4.可以监控实际的火花产生以改善发动机控制。
性能优势刺激了智能IGBT的需求。因此，汽车点火开关的功能正在演变为一种智能装置，可以监测火花情况，采取限流措施保护线圈，还可以将发动机的点火状态传输到发动机控制系统。
1.发动机控制模块的信号接口。
发动机控制模块驱动“线圈开关”智能IGBT存在很多问题。引擎盖下的电气环境噪音很扰人。发动机控制模块的信号接口不仅需要处理这些噪声，还需要解决发动机控制模块与线圈位置之间数米长连接的潜在问题。电气噪声可能来自EMI辐射信号噪声或相邻线路大电流引起的磁感应噪声。
除了上述噪声问题之外，发动机控制模块的实际接地参考点与线圈或发动机所在的接地点之间还有几伏的电压差。因此，发动机控制模块和智能点火线圈驱动电路之间的规定接口必须能够处理这些问题。
2.保护点火线圈。
图3中的输入信号命令IGBT开始给点火线圈充电。正常情况下，线圈停止充电释放火花时，电流会达到7~10A。但是，当发动机处于低速时，特别是在发动机控制时间内出现突然减速或错误时，如果不切断输入，IGBT会使线圈充电电流超过额定值，这可能会导致线圈绕组损坏。
智能IGBT采用了几种电路设计来防止点火线圈在这种情况下被损坏。
一种是限流电路，即直接用检测电阻测量IGBT的集电极电流，或者用电流传感IGBT测量。图4显示了这两个电路。
直接测量的优点是可以很好的测量线圈电流，但是成本较高。与发射极引线串联的检测电阻通过7~10A线圈充入电流，会显著增加功率开关的总压降，会产生额外的能量耗散和发热，给设计带来麻烦。另一个负面影响是，与IGBT串联的电阻会降低线圈的充电速度，从而影响系统的定时。
电流感应IGBT是这样设计的；它将总电流的一小部分发送到电流监控电路，用于检测IGBT集电器的总电流。这种IGBT消除了直接测量技术的两个问题，因为没有额外的电阻与IGBT的大电流通道串联。然而，由于这种技术不再直接测量发射极电流，因此在设计中必须考虑一些额外的系统误差，例如电流检测比随温度或总电流的波动。电流感测IGBT中的一些单元与其主IGBT并联，但是它们连接到单独的发射极焊盘。因此，总集电极电流的一部分将流过该感测部分(或控制部分) IGBT的。流经控制部分的电流在总集电极电流中所占的比例，主要取决于控制区分流单元占IGBT剩余有源区单元的比例。但是，如果控制部分和主有源区的工作条件有任何差异，这个电流比就会受到影响，从而影响电流感测的准确性。尤其令人担忧的是，如何让IGBT的主体部分和控制部分的发射极保持相同的电位。任何电压差都会直接改变这部分的栅发射极电压。
一旦IGBT限制了线圈的充电电流，线圈的过电流问题就可以解决了。但是，此时的IGBT本身还处于极高的能量耗散状态，不可能长时间保持这种状态而不损伤IGBT。在限流条件下，IGBT的功率会攀升到60W到100W，安装在点火线圈中，IGBT对周围的热阻可高达60~70oC/W，因为线圈中没有良好的散热通道。因此，结温Tj=Ta+Pd×Rth(ja)，在此条件下，任何半导体器件的结温都会迅速超过可接受的结温限值。
上述问题的一个解决方案是给智能IGBT增加一个“最大停留”电路。该电路提供暂停功能，可以在线圈充电一定时间后关闭IGBT，防止IGBT过热。
与限流电路类似，悬浮电路也可以保护IGBT，但它有负面影响。一旦暂停电路的接管时间超过预设限制，就有可能不加选择地点燃。通常，暂停电路不受发动机管理系统的控制，其操作取决于IGBT何时开始给点火线圈充电。这样就有可能在不合适的活塞位置点火，从而损坏发动机。
智能IGBT可以通过增加一个叫做“软关机”的功能来解决这个问题。当暂停时间达到设定值时，软启动电路将生效。它控制IGBT减缓其电流，而不是立即中断它。因为集电极电流总是减小，所以线圈中产生的电压可以保持在低水平，从而防止点火事件在发动机管理系统设置的时间之外发生。
智能IGBT还可以监测点火线圈的次级电压，从而获得关于火花质量的信息。次级绕组的电压会通过线圈的匝数比反映在初级绕组上。这些信息可以被捕获并发送回发动机管理系统，以优化发动机性能，从而提高功率或减少排放。
这些建议只是点火开关放在点火线圈中所带来的各种功能中的一小部分。不同的发动机控制制造商采用的具体点火功能和特性差异很大；然而，许多新兴系统开发反映的总趋势是采用“线圈上开关”技术，因为它在成本和性能方面具有优势。
通过采用多芯片封装技术，这些增加的点火功能可以与IGBT地相结合。汽车环境(尤其是点火环境)通常温度高，噪声干扰大。通过将IGBT与控制电路物理隔离，可以提高每个器件的抗噪声能力，减少温度引起的各种问题。IGBT的设计和工艺可以集中在IGBT的一些关键参数上，比如SCIS和VCE(上)。控制IC可以在高性能仿真功能中被优化。
图5显示了正在开发的几种智能IGBT，它们都采用了多芯片封装技术。这些产品采用EcoSpark IGBT技术，单位面积SCIS能力达到行业水平，Vce(on)极低。使用高性能模拟BICMOS控制芯片，整个智能点火线圈驱动电路可以集成到单个封装中。
图5:多芯片智能点火设计
控制芯片和IGBT组合在一个多引脚TO-220或TO-263封装中。IGBT焊接在封装的头部，以降低IGBT和封装之间的电阻和热阻。控制管芯用绝缘聚酰亚胺材料粘贴在同一插座上，以将其与IGBT的高压集电极隔离。
另一种替代结构是将IGBT、控制芯片和其他所需的外部组件安装在一个小模块中，该模块可以放入点火线圈中。
无论采用哪种结构，点火电源开关和控制/监控智能都逐渐融入点火线圈，这一点很清楚。开发这些新型智能点火装置有许多困难:
1.高压大电流功率开关和低功率模拟控制电路需要靠在一起；
2.工作温度高；
3.可能存在各种损坏电池的瞬态现象；
4.更高性能的模拟功能；
5.体积小；
6.散热条件差，但功耗大。
从安装在汽车分电器上的机械接触技术开始，点火系统经历了一个漫长的发展过程。如今，这些机械触点和分销商已经退位。控制控制线圈中电流的IGBT开关不仅仅是一个开关，而是一个与发动机管理系统的其余部分集成在一起的控制元件。线圈开关将包含越来越多的功能，如开发多火花系统以改善燃料燃烧，并增加二次(火花塞)电流监控功能以监控燃烧质量。
点火IGBT、混合信号IC和封装技术使“线圈上开关”技术所允许的所有系统优势得以实现。所以，下次你加油提速的时候，你可能想的不是让发动机工作的火花，而是智能点火IGBT在默默努力，带你去你想去的地方。