JP2013251636A

JP2013251636A - ラインドライバの保護回路及びモータシステム

Info

Publication number: JP2013251636A
Application number: JP2012123547A
Authority: JP
Inventors: Shota Miura; 祥太三浦; Yoshiyuki Watabe; 芳幸渡部
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2013-12-12
Anticipated expiration: 2032-05-30
Also published as: JP5966626B2

Abstract

【課題】ラインドライバの外部出力端子から印加されるサージ電圧からラインドライバを保護することができるラインドライバの保護回路、及びそれを備えるモータシステムを提供する。
【解決手段】ラインドライバ１の出力信号線３ａ〜３ｃとグランドとの間に、外部出力端子４ａ〜４ｃから印加されるサージ電圧からラインドライバ１を保護するための保護回路２０を挿入する。保護回路２０は、出力信号線３ａ〜３ｃにアノード端子が接続され、グランドにカソード端子が接続されたツェナーダイオード２１ａ〜２１ｃにより構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータのドライブユニット等に組み込まれて使用されるラインドライバを、静電気等のサージ電圧から保護するラインドライバの保護回路、及びそれを備えるモータシステムに関する。

帯電した人体や金属製の装置の接触等により、集積回路に静電気によるサージ電圧が印加されると、酸化膜破壊、接合破壊、配線破壊の破壊モードによって集積回路が破壊されるおそれがある。また、このサージ電圧が他の信号ラインに伝播することにより、誤作動の原因にもなり得る。
そこで、従来、サージ電圧に対する耐性を強化するために、集積回路にはサージ電圧から内部回路を保護する静電破壊保護回路が設けられている。

このような静電破壊保護回路としては、例えば特許文献１に記載の技術がある。この技術は、ソースが接地され、ドレインが内部回路と入出力端子とを繋ぐ配線に接続され、ゲートとソースとが所謂ダイオード接続されたＮチャネル型ＭＯＳトランジスタを備えるＭＯＳトランジスタ型保護回路である。
また、電源ラインとグランド間のサージ電圧から集積回路装置の内部回路を保護するものとしては、例えば特許文献２に記載の技術がある。この技術は、電源ラインとグランド間にツェナーダイオードを設けるようにしたものである。

特開２００８−２１７３５号公報特開平６−１４０５７６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術にあっては、ＭＯＳトランジスタのゲートにサージ電圧が印加されると破壊されるおそれがあるため、ＭＯＳトランジスタのゲートに過電圧が印加されないための保護が必要となり、部品点数が多くなってしまう。
また、上記特許文献２に記載の技術にあっては、電源ラインに印加されるサージ電圧の対策しか講じていない。サージ電圧は、信号ライン、特に外部に開放された出力端子からも印加される可能性があり、このような場合には、内部回路を適切に保護することができない。
そこで、本発明は、ラインドライバの外部出力端子から印加されるサージ電圧からラインドライバを保護することができるラインドライバの保護回路、及びそれを備えるモータシステムを提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明に係るラインドライバの保護回路は、外部に開放された１対の外部出力端子に接続されたラインドライバの１対の出力信号線に、それぞれ並列に接続されたツェナーダイオードを備えることを特徴としている。
これにより、外部出力端子からサージ電圧が印加された場合には、ツェナーダイオードに電流を流し、ラインドライバが破壊されるのを防ぐことができる。

また、上記において、前記ツェナーダイオードの前記出力信号線に接続された端子とは反対側の端子が、グランドに接続されていることを特徴としている。
これにより、外部出力端子からサージ電圧が印加された場合には、ツェナーダイオードを介して電流をグランドに流すことができるので、ラインドライバが破壊されるのを適切に防ぐことができる。

さらに、上記において、前記ツェナーダイオードと前記出力信号線との間のパターン幅と、前記ツェナーダイオードとグランドとの間のパターン幅とが、前記入力信号線のパターン幅の２倍以上となっていることを特徴としている。また、前記ツェナーダイオードとグランドとの間のパターン長さが、前記ツェナーダイオードと前記出力信号線との間のパターン長さの１／２以下となっていることを特徴としている。
これにより、外部出力端子からサージ電圧が印加された場合に、ツェナーダイオードを介して電流を適切にグランドに流すことができる。

さらに、上記において、前記ツェナーダイオードの前記出力信号線側の端子がアノード端子、前記ツェナーダイオードの前記グランド側の端子がカソード端子であることを特徴としている。
これにより、サージ電圧による破壊からラインドライバを適切に保護することができる。
また、上記において、前記１対の出力信号線が複数存在する場合、すべての前記出力信号線にそれぞれ前記ツェナーダイオードを接続することを特徴としている。
これにより、複数の外部出力端子のうち何れからサージ電圧が印加された場合であっても、適切にラインドライバを保護することができる。

さらにまた、上記において、前記ツェナーダイオードは、前記ラインドライバに近接配置されていることを特徴としている。
これにより、ツェナーダイオードとラインドライバとの間に、ラインドライバの静電破壊を引き起こす可能性のあるノイズが印加されるのを抑制することができる。
また、上記において、前記ツェナーダイオードは、チップ部品により構成されていることを特徴としている。
これにより、ツェナーダイオードを確実にラインドライバの近傍に配置することができる。

また、上記において、前記ツェナーダイオードの降伏電圧は、前記ラインドライバの出力電圧以上かつ静電破壊電圧未満であることを特徴としている。
これにより、ラインドライバの出力電圧を確保しつつ、ラインドライバに静電破壊電圧以上の電圧が印加されるのを防止することができる。
さらに、本発明に係るモータシステムは、上記の何れかのラインドライバの保護回路を備えることを特徴としている。
これにより、外部出力端子から印加されるサージ電圧によってラインドライバが破壊されることに起因するシステム異常を回避することができる。

本発明によれば、ラインドライバの外部出力端子間にツェナーダイオードを接続することにより、外部出力端子から印加されるサージ電圧及び放射ノイズによってラインドライバが破壊されるのを防止することができる。

本実施形態に係るラインドライバの保護回路の回路図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係るラインドライバの保護回路の回路図である。
図中、符号１はラインドライバである。ここでは、ラインドライバ１をダイレクトドライブモータのドライブユニットに適用した場合（モータシステム）について示している。
ラインドライバ１は、入力信号として、例えばエンコーダから出力される３相のインクリメンタル信号（Ａ，Ｂ，Ｚ）を、入力信号線２ａ，２ｂ，２ｃを介してそれぞれ入力する。そして、ラインドライバ１は、出力信号として、位相の異なるインクリメンタル信号（Ａ，Ａバー、Ｂ，Ｂバー、Ｚ，Ｚバー）を、１対の出力信号線３ａ，３ｂ，３ｃを介して外部に開放された外部出力端子４ａ，４ｂ，４ｃから出力する。

ラインドライバ１の入力側には、ラインドライバ１への入力信号に印加されるサージノイズや誘導ノイズ等のスパイク状のノイズ（入力ノイズ）を除去するための入力ノイズ除去回路１０が挿入されている。
入力ノイズ除去回路１０は、抵抗とコンデンサとからなるローパスフィルタによって構成されている。このローパスフィルタは、ノイズ除去対象である入力信号が入力される入力信号線に直列接続された抵抗（１１ａ〜１１ｃ）と、当該入力信号線に並列接続されたコンデンサ（１２ａ〜１２ｃ）とを有する。なお、入力ノイズ除去回路１０としては、上述した入力ノイズを除去できればよく、他の回路構成を適用することもできる。

また、出力信号線３ａ〜３ｃには、外部出力端子４ａ〜４ｃから印加される静電気や雷により発生するサージ電圧及び放射ノイズによってラインドライバ１が破壊されるのを防ぐための保護回路２０が挿入されている。保護回路２０は、１組の外部出力端子に接続された出力信号線に、それぞれ並列に接続されたツェナーダイオードによって構成されている。

すなわち、保護回路２０は、１対の出力信号線３ａに接続されたツェナーダイオード２１ａと、１対の出力信号線３ｂに接続されたツェナーダイオード２１ｂと、１対の出力信号線３ｃに接続されたツェナーダイオード２１ｃとを備える。このように、本実施形態では、出力信号線３ａ〜３ｃの全てにラインドライバ保護用のツェナーダイオードを接続する。
ここで、ツェナーダイオード２１ａ〜２１ｃは、それぞれ出力信号線３ａ〜３ｃに接続されている側（外部出力端子４ａ〜４ｃ側）にアノード端子、出力信号線３ａ〜３ｃに接続されていない側にカソード端子が接続されている。当該カソード端子は、グランドに接続されている。

また、ツェナーダイオード２１ａ〜２１ｃと出力信号線３ａ〜３ｃとの間のパターン幅と、ツェナーダイオード２１ａ〜２１ｃとグランドとの間のパターン幅とを、出力信号線３ａ〜３ｃのパターン幅の２倍以上とする。
さらに、ツェナーダイオード２１ａ〜２１ｃとグランドとの間のパターン長さは、ツェナーダイオード２１ａ〜２１ｃと出力信号線３ａ〜３ｃとの間のパターン長さの１／２以下とする。

また、ツェナーダイオード２１ａ〜２１ｃとラインドライバ１とは、それぞれ近接配置、すなわち極力短い配線で接続する。ツェナーダイオード２１ａ〜２１ｃは、ラインドライバ１の近傍に配置するために、チップ部品を使用する。
そして、ツェナーダイオード２１ａ〜２１ｃの降伏電圧は、ラインドライバ１の出力電圧以上かつ静電破壊電圧未満に設定する。
以上の構成により、外部出力端子４ａ〜４ｃからサージ電圧が印加されると、ツェナーダイオード２１ａ〜２１ｃに電流が流れ、当該サージ電圧による破壊からラインドライバ１を保護することができる。

従来、静電破壊保護回路としては、保護対象である内部回路の出力信号線とグランドとの間に、ソースが接地され、ドレインが出力信号線に接続され、ゲートとソースとが所謂ダイオード接続されたＮチャネル型ＭＯＳトランジスタを挿入したＭＯＳトランジスタ型保護回路が知られている。
しかしながら、このようなＭＯＳトランジスタ型保護回路では、ＭＯＳトランジスタのゲートに過電圧が印加されないようにするために、ツェナーダイオードを使用してＭＯＳトランジスタのゲートに印加される電圧を制限するなどの保護が必要となり、部品点数が多くなってしまう。

これに対して、本実施形態では、出力信号線とグランドとの間にツェナーダイオードを挿入するだけでラインドライバの保護回路を実現することができるので、より少ない部品点数でサージ電圧に対する保護が可能となる。このように、省部品化により不具合を少なくし信頼性を向上させることができる。
また、外部に開放された出力端子に接続された出力信号線にラインドライバの保護回路を挿入するので、コネクタ抜差し時の人体の接触や外部からの放射など、サージ電圧が発生しやすい状況下に置かれた回路において、適切にラインドライバを保護することができる。
さらに、保護対象である内部回路と出力する信号の電圧が固定であるため、ツェナーダイオードのクランプ電圧を内部回路の耐圧に応じて変更するなどの工夫を必要としない。したがって、一般的なツェナーダイオードを使用することができ、回路設計が容易である。

また、すべての出力信号線にそれぞれツェナーダイオードを挿入するので、複数の外部出力端子のうち何れの端子からサージ電圧が印加された場合であっても、適切に当該サージ電圧からラインドライバを保護することができる。
さらにまた、ツェナーダイオードとラインドライバとをなるべく短い配線で接続するので、ツェナーダイオードとラインドライバとの間の信号ラインに外部から放射ノイズ等が伝播しラインドライバが破壊されるのを抑制することができる。

また、ツェナーダイオードの降伏電圧が、ラインドライバの出力電圧以上かつ静電破壊電圧未満となるように設定するので、ラインドライバの出力電圧を確保しつつ、ラインドライバに静電破壊電圧以上の電圧が印加されるのを防止することができる。
なお、上記実施形態においては、ダイレクトドライブモータのドライブユニットに適用する場合について説明したが、ラインドライバの出力信号線が外部に開放された端子に接続されている回路であれば、本発明を適用可能である。

１…ラインドライバ、２ａ〜２ｃ…入力信号線、３ａ〜３ｃ…出力信号線、４ａ〜４ｃ…外部出力端子、１０…入力ノイズ除去回路、１１ａ〜１１ｃ…抵抗、１２ａ〜１２ｃ…コンデンサ、２１ａ〜２１ｃ…ツェナーダイオード

Claims

外部に開放された１対の外部出力端子に接続されたラインドライバの１対の出力信号線に、それぞれ並列に接続されたツェナーダイオードを備えることを特徴とするラインドライバの保護回路。
前記ツェナーダイオードの前記出力信号線に接続された端子とは反対側の端子が、グランドに接続されていることを特徴とする請求項１に記載のラインドライバの保護回路。
前記ツェナーダイオードの前記出力信号線側の端子がアノード端子、前記ツェナーダイオードの前記グランド側の端子がカソード端子であることを特徴とする請求項２に記載のラインドライバの保護回路。
前記ツェナーダイオードと前記出力信号線との間のパターン幅と、前記ツェナーダイオードとグランドとの間のパターン幅とが、前記出力信号線のパターン幅の２倍以上となっていることを特徴とする請求項２又は３に記載のラインドライバの保護回路。
前記ツェナーダイオードとグランドとの間のパターン長さが、前記ツェナーダイオードと前記出力信号線との間のパターン長さの１／２以下となっていることを特徴とする請求項２〜４の何れか１項に記載のラインドライバの保護回路。
前記１対の出力信号線が複数存在する場合、すべての前記出力信号線にそれぞれ前記ツェナーダイオードを接続することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のラインドライバの保護回路。
前記ツェナーダイオードは、前記ラインドライバに近接配置されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のラインドライバの保護回路。
前記ツェナーダイオードは、チップ部品により構成されていることを特徴とする請求項７に記載のラインドライバの保護回路。
前記ツェナーダイオードの降伏電圧は、前記ラインドライバの出力電圧以上かつ静電破壊電圧未満であることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載のラインドライバの保護回路。
前記請求項１〜９の何れか１項に記載のラインドライバの保護回路を備えるモータシステム。