JP2005269748A

JP2005269748A - 負荷駆動回路

Info

Publication number: JP2005269748A
Application number: JP2004077108A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Ishiguro; 哲也石黒
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-03-17
Filing date: 2004-03-17
Publication date: 2005-09-29

Abstract

【課題】バッテリ逆接防止を図りつつ、電圧降下を回避可能な負荷駆動回路を提供すること。
【解決手段】電気的な負荷と、前記負荷を電流制御する第１駆動手段と、前記負荷と前記第１駆動手段の間と、グランドとの間に配置され、前記第１駆動手段のオフ時にはグランドから前記負荷に回生電流を流し、前記第１駆動手段のオン時にはグランドへの電流の流れを阻止する回生回路と、バッテリが正接された時のみ前記回生回路を接続状態にし、バッテリが逆接された時には前記回生回路を遮断状態にする第２駆動手段とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、被駆動体としての電気的負荷に駆動信号を出力する駆動回路に関する。

従来、駆動回路の技術として例えば特許文献１に記載の技術が知られている。この公報には、バッテリ逆接時に電流が逆に流れることを防止するために、バッテリからの電源ラインに逆流防止ダイオードを配置している。これにより、電流が逆に流れることによる電子回路の破損を防止している。
特開平５−１６２６３１号公報（第２，４図参照）。

しかしながら、上述の従来技術にあっては、バッテリと負荷との間に逆流防止ダイオードを設けるため、負荷駆動時には、逆接防止ダイオードによる電圧降下が発生し、負荷に対して供給されるバッテリ電圧が低下する。よって、バッテリ電圧が低いときには十分な電力を負荷に供給できない。

本発明は、上述の問題点に着目してなされたもので、バッテリ逆接防止を図りつつ、電圧降下を回避可能な負荷駆動回路を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため本願発明では、電気的な負荷と、前記負荷を電流制御する第１駆動手段と、前記負荷と前記第１駆動手段の間とグランドとの間に配置され、前記第１駆動手段のオフ時にはグランドから前記負荷に回生電流を流し、前記第１駆動手段のオン時にはグランドへの電流の流れを阻止する回生回路と、バッテリが正接された時のみ前記回生回路を接続状態にし、バッテリが逆接された時には前記回生回路を遮断状態にする第２駆動手段とを備えた。

よって、バッテリ正接時には負荷と第１駆動手段との間に逆流防止ダイオード等が存在しないため電圧降下を回避することができる。また、バッテリ逆接時には第２駆動手段により回生回路が遮断状態とされるため、電子回路への電流を防止することができる。

以下、本発明の駆動回路を実現する最良の形態を、図面に示す実施例に基づいて説明する。

図１は本発明の駆動回路を表す回路図である。この駆動回路は被駆動体としてインダクタンス負荷であるモータ２と、スイッチング素子としての第１ＭＯＳトランジスタ１０と、第２ＭＯＳトランジスタ２０と、ダイオード６が設けられている。

第１バッテリ電源１とモータ２との間の回路４上には第１ＭＯＳトランジスタ１０が設けられている。第１ＭＯＳトランジスタ１０のソースS1には第１バッテリ電源１が接続され、ゲートG1には図外のマイコン等から駆動信号を入力するPWM信号ポートが接続され、ドレインD1には第１グランドGND1にグランドされたモータ２が接続されている。

回路４上であって、第１ＭＯＳトランジスタ１０とモータ２との間には、回生回路５が接続されている。回生回路５には、バッテリ電源正接時における上流側から順に、第２ＭＯＳトランジスタ２０，ダイオード６，第２グランドGND2が接続されている。第２ＭＯＳトランジスタ２０のソースS2にはダイオード６が接続され、ゲートG2には抵抗２１を介して第２バッテリ電源３が接続され、ドレインD2には回生回路５の上流と接続されている。抵抗２１による電圧降下をβとすると、ゲートG2にかかる電位はVb−βとなり、ドレインD2の電位（図１中Ａ点）がVb−β（第２ＭＯＳトランジスタのオン閾値に対応）よりも低くなると、第２ＭＯＳトランジスタ２０はオン状態となる。

（バッテリ電源の接続について）
バッテリ電源が正しく接続されると、第２ＭＯＳトランジスタ２０のゲートG2には第２バッテリ電源３のバッテリ電圧が作用し、Vb−βの電位となる。ドレインD2の電位がゲートG2の電位よりも低いとき（第１ＭＯＳトランジスタ１０オフ状態）は、第２ＭＯＳトランジスタ２０は常にオン状態となる。このとき、モータ２に第１バッテリ電源１から電流を供給すると、Ａ点電位がVb−βまで上昇する間は第２ＭＯＳトランジスタ２０がオン状態であったとしても、ダイオード６により第２グランドGND2側に電流が流れることがない。

一方、バッテリ電源が逆接されると、第２ＭＯＳトランジスタ２０は常にオフ状態となる。よって、第２グランドGND2側から第１ＭＯＳトランジスタ１０に電流が供給されることがない。また、第１グランドGND1側からはモータ２を介して第１ＭＯＳトランジスタ１０に電流が供給されることになるが、モータ２が負荷となり、回転駆動によって電流が制限されるため第１ＭＯＳトランジスタ１０に過大な電流が供給されることがなく、電子回路の破壊を防止することができる。

（バッテリ正接時の作用）
次に、バッテリ電源が正接されたときのPWM駆動時における作用について、図２に示す各素子のオン・オフ状態及びＡ点電位のタイムチャートを用いて説明する。尚、PWM駆動とは、ある周期内におけるオン・オフ時間比率を変更することで、所望の電流値を供給する周知のものであり、図２中第１ＭＯＳトランジスタ１０がオンとはPWM周期内におけるオンDUTY時間内であることを示し、第１ＭＯＳトランジスタ１０がオフとはPWM周期内におけるオフDUTY時間内であることを示す。

時刻ｔ１では、第１ＭＯＳトランジスタ１０がオン状態とされているため、第１バッテリ電源１からモータ２へ駆動素子である第１ＭＯＳトランジスタ１０以外のトランジスタ等の素子を介することなく電流が供給されている。このとき、図１中のＡ点電位は、Vb−αの電位が作用するが、Vb−α>Vb−βの関係を満たしているため、第２ＭＯＳトランジスタ２０はゲートG2の電圧が不足しているためオフ状態とされている。モータ２は電流供給により回転しているため回生電流は発生していない。

時刻ｔ２において、第１ＭＯＳトランジスタ１０がオフ状態とされると、Ａ点電位は徐々に低下を始める。次に、時刻ｔ３において、Ａ点電位が第２ＭＯＳトランジスタ２０のオン閾値に対応するVb−β以下となると、ゲートG2とドレインD2の間に電位差が発生し、第２ＭＯＳトランジスタ２０はオン状態となる。

時刻ｔ４において、モータ２の惰性回転により発電作用が発生すると、Ａ点電位はマイナス側となる。このとき、第２グランドGND2は０電位であるため、第２グランドGND2からモータ２側へ回生電流が流れ始める。これによりモータ２への電流を安定して供給でき、モータ２はスムーズに回転する。

時刻ｔ５において、第１ＭＯＳトランジスタ１０がオン状態とされると、Ａ点電位は上昇を開始する。時刻ｔ６においてＡ点電位が０電位を超えると、回生電流は停止する。

時刻ｔ７において、Ａ点電位が更に上昇し、第２ＭＯＳトランジスタ２０のオン閾値を超えると、第２ＭＯＳトランジスタ２０はオフ状態となり、上述したようにモータ２に電流が供給される。尚、時刻ｔ６から時刻ｔ７の間は、第２ＭＯＳトランジスタ２０がオン状態で、かつ、Ａ点電位が０よりも大きいため、第２グランドGND2へ電流が流れようとするが、ダイオード６により電流は遮断される。

ここで、モータ駆動回路に要求される背景について説明する。図３は回生回路を備えたモータ駆動回路の例を表す図である。基本的にはモータ２への電流供給は、第１バッテリ電源１とモータ２の間に第１ＭＯＳトランジスタ１０を設け、第１ＭＯＳトランジスタ１０とモータ２の間に回生回路５及びダイオード６を構成する。これにより、PWM駆動信号が第１ＭＯＳトランジスタ１０へ供給されると、オン状態では、モータ２に駆動電流が供給され、オフ時には、第２グランドGND2からの回生電流を供給することでモータ２のスムーズな回転を達成する。

しかし、このモータ２が車両に搭載されるシステムに用いられるような場合、ユーザー等がバッテリ電源を逆向きに接続してしまう場面が想定される。バッテリ電源を逆接すると、第１グランドGND1及び第２グランドGND2がバッテリ電位となり、第１バッテリ電源１が０電位となる。よって、回路上に大きな負荷のない回路（第２グランドGND2から回生回路５を経て第１ＭＯＳトランジスタ１０側）には、例えば100アンペアを超えるような大電流が流れてしまい、駆動素子や電子回路を破壊してしまう。

そこで、バッテリ電源が逆接された場合には、駆動素子や電子回路側に大電流が流れてしまうのを防止する手段として、図４に示すように第１ＭＯＳトランジスタ１０の上流側に逆流防止用のダイオード７を設けている。これにより、バッテリ電源が逆接されたとしても、電流が流れることがなく、駆動素子や電子回路の破壊を防止している。

しかしながら、ダイオードのような整流素子はその構造上、一定電圧降下（0.7V程度）を引き起こすため、通常のモータ駆動時には、バッテリ電圧から一定電圧降下した値以上は供給することができない構成となっている。よって、バッテリ電圧が低下した状態では、更に電圧降下が発生するためモータ２を十分に駆動することができない虞がある。

これに対し、本願発明に基づく実施例１の構成にあっては、上記課題を全て解決しつつ、下記に列挙する作用効果を得ることができる。

(1)．バッテリ電源を逆接したとしても、第２ＭＯＳトランジスタ２０はオフ状態となり第２グランドGND2から直接第１ＭＯＳトランジスタ１０に大電流が流れることがない。また、モータ２を介してのみ第１ＭＯＳトランジスタ１０に電流が供給されるため、僅かな電流値のみ供給されるだけである（このとき、モータ２は回転駆動したとしてもさほど問題はない）。よって、回路の破壊を防止することができる。

(2)．バッテリ電源を正接時、第１ＭＯＳトランジスタ１０をオン状態とし、モータ２に電圧をかける際、第１バッテリ電源１とモータ２との間に電圧降下を伴う素子（ダイオード等）が設けられいないため、バッテリ電圧が低下したとしても、モータ２に対し十分な電圧を作用させることができる。

(3)．第２ＭＯＳトランジスタ２０には、第２バッテリ電源３が接続され、第１ＭＯＳトランジスタ１０のオン・オフ状態に応じて自動的にオン・オフ状態が切り換わるため、回生電流を正確に供給することができる。

(4)．第２グランドGND2からモータ２側への電流のみ許容するダイオード６を設けたため、第１ＭＯＳトランジスタ１０と第２ＭＯＳトランジスタ２０の両方がオン状態となる瞬間があったとしても、第２グランドGND2側に電流が流れることを防止することができる。

実施例１における駆動回路の構成を表す回路図である。実施例１の回路におけるＡ点電位及び各ＭＯＳトランジスタのスイッチングの関係を表すタイムチャートである。負荷とＭＯＳトランジスタと回生回路を備えた駆動回路の回路図である。ＭＯＳトランジスタの上流に逆流防止ダイオードを備えた駆動回路の回路図である。

符号の説明

１第１バッテリ電源
２モータ
３第２バッテリ電源
５回生回路
６ダイオード
１０第１ＭＯＳトランジスタ
２０第２ＭＯＳトランジスタ
GND1 第１グランド
GND2 第２グランド

Claims

電気的な負荷と、
前記負荷を電流制御する第１駆動手段と、
前記負荷と前記第１駆動手段の間と、グランドとの間に配置され、前記第１駆動手段のオフ時にはグランドから前記負荷に回生電流を流し、前記第１駆動手段のオン時にはグランドへの電流の流れを阻止する回生回路と、
バッテリが正接された時のみ前記回生回路を接続状態にし、バッテリが逆接された時には前記回生回路を遮断状態にする第２駆動手段と、
を備えたことを特徴とする負荷駆動回路。