保护电路以及马达单元的制作方法

本发明涉及一种保护电路以及马达单元。

背景技术：

近年来，已知有与抑制冲击电流等的保护电路有关的技术(例如参照日本公开公报第2012-157125号公报、日本公开公报第2005-224088号公报、日本公开公报第2015-142485号公报)。例如，在日本公开公报第2012-157125号公报中记载有如下技术：在将交流电力转换为直流电力的转换器中，在从交流电力整流之后的电压小于阈值电压的情况下，使直流电力的电流的至少一部分流向冲击电流限制电阻，在整流之后的电压为阈值电压以上的情况下，防止直流电力的电流流过冲击电流限制电阻。并且，例如在日本公开公报第2005-224088号公报中，记载了利用在预先确定的极性的电压施加于输入端子时成为导通状态的场效应晶体管，防止反极性电压被施加于与正负一对直流电力线连接的负载的负载保护电路。

技术实现要素：

但是，在上述保护电路中，例如根据从交流电力整流之后的电压进行使电流的一部分流向冲击电流限制电阻的控制，有时无法适当地抑制冲击电流。

本发明鉴于上述问题，目的之一在于提供一种能够适当地抑制冲击电流的保护电路以及马达单元。

本发明的例示性的一实施方式的保护电路具备：电源平滑用电容器、限流电阻、冲击电流保护开关以及控制电路，

电源平滑用电容器连接于供给驱动负载的直流电力的电源供给线与被施加比电源供给线低的基准电位的基准电源线之间；

限流电阻在电源平滑用电容器与基准电源线之间与电源平滑用电容器串联连接；

冲击电流保护开关在电源平滑用电容器与基准电源线之间与限流电阻并联连接，

在电源平滑用电容器的基准电源线侧的电压超过规定的阈值的情况下，控制电路将冲击电流保护开关设为非导通状态，使限流电阻有效，在基准电源线侧的电压为规定的阈值以下的情况下，控制电路将冲击电流保护开关设为导通状态，使所述限流电阻无效。

在本发明的例示性的一实施方式的保护电路中，控制电路具备控制开关，在基准电源线侧的电压为规定的阈值以下的情况下，该控制开关生成开始负载的动作的动作开始信号，冲击电流保护开关根据由控制开关生成的动作开始信号而成为导通状态。

在本发明的例示性的一实施方式的保护电路中，控制电路具备电阻，电阻在电源供给线与基准电源线之间与控制开关串联连接，控制开关为连接于电阻的基准电源线侧的端子与基准电源线之间的晶体管开关，在基准电源线侧的电压为规定的阈值以下的情况下，控制开关通过成为非导通状态而生成所述动作开始信号。

在本发明的例示性的一实施方式中，保护电路具备反接保护开关，反接保护开关连接于基准电源线与被从外部施加基准电位的基准电源端子之间，并根据动作开始信号而成为导通状态。

在本发明的例示性的一实施方式中，规定的阈值是使冲击电流保护开关导通时流过的电流为冲击电流保护开关的容许电流值以下的电压值。

并且，本发明的例示性的一实施方式的马达单元具备：上述记载的保护电路；马达，其为负载的一部分；以及驱动电路，其为负载的一部分，该驱动电路根据从基准电源线供给的直流电力来驱动马达。

根据本申请的例示性的一实施方式，保护电路能够适当地抑制冲击电流。而且，马达单元能够得到与上述保护电路相同的效果，从而能够适当地抑制冲击电流。

参照附图，并通过以下对本本发明的优选实施方式的详细说明，本本发明的上述以及其他特征、要素、步骤、特点和优点会变得更加清楚。

附图说明

图1是示出本实施方式的保护电路以及马达单元的一例的功能框图。

图2是示出本实施方式的保护电路的动作的一例的时序图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的基于例示性的一实施方式的保护电路以及马达单元进行说明。如图1所示，本实施方式的马达单元1具备保护电路10、驱动电路20以及马达30。马达单元1为通过供给至电源端子TN1与GND(接地)端子TN2之间的直流电力(DC电力)驱动的直流马达单元。

驱动电路20例如具备未图示的三相全桥驱动器，向马达30供给三相驱动信号来驱动马达30。驱动电路20通过后述的动作开始信号S1开始马达30的驱动。另外，驱动电路20为通过直流电力进行驱动(动作)的负载的一部分。

马达30例如为三相直流无刷马达，其通过从驱动电路20提供的三相驱动信号而被驱动。另外，马达30为通过直流电力进行驱动(动作)的负载的一部分。

保护电路10为保护驱动电路20以及马达30的电路，抑制因供给至电源端子TN1与GND端子TN2之间的直流电力而产生的冲击电流，并且防止反极性电压施加于直流电力的电源端子TN1和GND端子TN2(以下，称作反接)。保护电路10将供给至电源端子TN1与GND端子TN2之间的直流电力供给至驱动电路20，并且将动作开始信号S1输出至驱动电路20。保护电路10具备电源平滑用电容器21、限流电阻22、冲击电流保护开关23、反接保护开关24以及控制电路25。

在此，电源端子TN1为直流电力的正极电源端子，例如被施加24V(伏特)。并且，GND端子TN2(基准电源端子的一例)为直流电力的负极电源端子，被从外部施加基准电位。

电源平滑用电容器21连接于电源供给线L1与P-GND线L2之间。电源平滑用电容器21的第一端子与电源供给线L1连接，第二端子与节点N1连接。并且，电源平滑用电容器21将供给至(施加于)电源供给线L1与P-GND线L2之间的直流电压平滑化。

在此，电源供给线L1为与电源端子TN1连接并供给驱动马达30(负载)的直流电力的电源线。并且，P-GND线L2为被施加比电源供给线L1低的基准电位(P-GND)的电源线。

限流电阻22在电源平滑用电容器21与P-GND线L2之间与电源平滑用电容器21串联连接。限流电阻22的第一端子与节点N1连接，第二端子与P-GND线L2连接。限流电阻22降低在开始向电源端子TN1与GND端子TN2之间供给直流电力时产生的冲击电流。

冲击电流保护开关23为在电源平滑用电容器21与P-GND线L2之间与限流电阻22并联连接的MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)，例如为nMOSFET(n-Channel MOSFET，n沟道型金属氧化物半导体场效应晶体管)。冲击电流保护开关23的源极端子与P-GND线L2连接，栅极端子与节点N2连接，漏极端子与节点N1连接。

并且，冲击电流保护开关23根据后述的控制电路25输出的动作开始信号S1成为ON(接通)状态(导通状态)。冲击电流保护开关23在节点N2成为H(高)状态的情况(输出动作开始信号S1的情况)下成为ON状态，使限流电阻22无效。并且，冲击电流保护开关23在节点N2成为L(低)状态的情况(未输出动作开始信号S1的情况)下成为OFF(断开)状态(非导通状态)，使限流电阻22有效。

并且，冲击电流保护开关23具有寄生二极管231，该寄生二极管231的阳极端子与源极端子连接，阴极端子与漏极端子连接。并且，在冲击电流保护开关23的源极端子与栅极端子之间作为栅极电压的保护元件连接有两个稳压二极管(232、233)。

两个稳压二极管(232、233)向相互相反的方向连接。在规定的电压以上的电压施加于冲击电流保护开关23的源极端子与栅极端子之间的情况下，两个稳压二极管(232、233)使源极端子与栅极端子之间导通，防止耐压以上的电压施加于源极端子与栅极端子之间。

反接保护开关24为连接于P-GND线L2与GND端子TN2之间的MOSFET，例如为nMOSFET。反接保护开关24的源极端子与P-GND线L2连接，栅极端子与节点N2连接，漏极端子与GND端子TN2连接。并且，反接保护开关24具有寄生二极管241，该寄生二极管241的阳极端子与源极端子连接，阴极端子与漏极端子连接。

并且，反接保护开关24根据后述的控制电路25输出的动作开始信号S1成为ON状态。反接保护开关24在节点N2成为H状态的情况(输出动作开始信号S1的情况)下成为ON状态，使P-GND线L2与GND端子TN2之间导通。并且，反接保护开关24在节点N2成为L状态的情况(未输出动作开始信号S1的情况)下成为OFF状态。反接保护开关24在OFF状态的情况下，通过寄生二极管241成为电流从P-GND线L2流向GND端子TN2但是电流不从GND端子TN2流向P-GND线L2的状态。

并且，在反接保护开关24的源极端子与栅极端子之间作为栅极电压的保护元件连接有两个稳压二极管(242、243)。

两个稳压二极管(242、243)向相互相反的方向连接。在规定的电压以上的电压施加于反接保护开关24的源极端子与栅极端子之间的情况下，两个稳压二极管(242、243)使源极端子与栅极端子之间导通，防止耐压以上的电压施加于源极端子与栅极端子之间。

在电源平滑用电容器21的P-GND线L2侧的电压(节点N1的电压)超过规定的阈值Vth的情况下，控制电路25将冲击电流保护开关23设为OFF状态，使限流电阻22有效。并且，在P-GND线L2侧的电压(节点N1的电压)为规定的阈值Vth以下的情况下，控制电路25将冲击电流保护开关23设为ON状态，使限流电阻22无效。在P-GND线L2侧的电压为规定的阈值Vth以下的情况下，控制电路25生成开始马达30的动作的动作开始信号S1。在此，规定的阈值Vth是使冲击电流保护开关23导通时流过的电流为冲击电流保护开关23的容许电流值以下的电压值。并且，控制电路25具备电阻251～电阻255、控制开关256以及电容器257。

电阻251在电源供给线L1与节点N1之间与电源平滑用电容器21并联连接。即，电阻251的第一端子与电源供给线L1连接，第二端子与节点N1连接。在停止经由电源端子TN1向电源供给线L1供给直流电力(24V电压)的情况下，电阻251使蓄积在电源平滑用电容器21中的电荷放电。

电阻252以及电阻253在节点N1与P-GND线L2之间串联连接。即，电阻252的第一端子与节点N1连接，第二端子与节点N3连接，电阻253的第一端子与节点N3连接，第二端子与P-GND线L2连接。电阻252以及电阻253将节点N1的电压进行电阻分压而供给至控制开关256的基极端子。电阻252以及电阻253通过规定的电阻比来对供给至控制开关256的基极端子的电压进行调整。

电阻254在电源供给线L1与P-GND线L2之间与控制开关256串联连接。即，电阻254的第一端子与电源供给线L1连接，第二端子与节点N2连接。在控制开关256为OFF状态的情况下，电阻254作为使节点N2成为H状态的上拉电阻发挥功能。

电阻255的第一端子与节点N2连接，第二端子与P-GND线L2连接。电阻255通过与电阻254之间的电阻分压来对控制开关256为OFF状态时节点N2的H状态的电压进行调整。

控制开关256为连接于电阻254的P-GND线L2侧的端子(节点N2)与P-GND线L2之间的晶体管开关，例如为NPN双极晶体管。并且，控制开关256与电阻255并联连接。控制开关256的集电极端子与节点N2连接，基极端子与节点N3连接，发射极端子与P-GND线L2连接。

并且，在节点N1的电压超过规定的阈值Vth的情况下，经由电阻252供给的节点N3的电压超过基极-发射极之间的电压的阈值(例如0.6V)，由此控制开关256成为ON状态。其结果是，控制开关256利用比电阻255低的电阻值使节点N2与P-GND线L2之间导通，使节点N2成为L状态。并且，在节点N1的电压为规定的阈值Vth以下的情况下，经由电阻252供给的节点N3的电压成为基极-发射极之间的电压的阈值(例如0.6V)以下，由此控制开关256成为OFF状态。其结果是，控制开关256只通过电阻255使节点N2与P-GND线L2之间导通，使节点N2成为H状态。

在此，控制开关256成为OFF状态且节点N2成为H状态的状态为正在进行动作开始信号S1的输出的状态。并且，控制开关256成为ON状态且节点N2成为L状态的状态为不输出动作开始信号S1的状态。这样，控制开关256在P-GND线L2侧的电压(节点N1的电压)为规定的阈值Vth以下的情况下成为OFF状态，由此生成开始马达30的动作的动作开始信号S1。

电容器257在节点N2与P-GND线L2之间与电阻255并联连接，并且与电阻254串联连接。即，电容器257的第一端子与节点N2连接，第二端子与P-GND线L2连接。在控制开关256成为OFF状态的情况下，电容器257通过经由电阻254供给的电荷进行充电，使节点N2的上升波形平缓。由此，电容器257在冲击电流保护开关23成为ON状态时，抑制电流急速流动。

接下来，参照附图对基于本实施方式的保护电路10以及马达单元1的动作进行说明。

图2是示出本实施方式的保护电路10的动作的一例的时序图。在图2所示的时序图中，从上依次表示电源电压、电源平滑用电容器21的下端电压(节点N1的电压)、控制开关256的状态、动作开始信号S1(节点N2的电压)、冲击电流保护开关23的状态、反接保护开关24的状态、电源电流以及以往的电源电流。电源电压、电源平滑用电容器21的下端电压以及动作开始信号S1的电压的纵轴表示电压，电源电流以及以往的电源电流的纵轴表示电流。并且，各项目的横轴表示时间。

并且，波形W1表示以GND端子TN2的电位为基准电位且经由电源端子TN1供给至电源供给线L1的电源电压的波形。并且，波形W2表示电源平滑用电容器21的下端电压(节点N1的电压)的波形，波形W3表示动作开始信号S1(节点N2的电压)的波形。并且，波形W4表示本实施方式中的从电源供给线L1流向P-GND线L2的电源电流的波形。并且，波形W5表示为了比较而不具备本实施方式的保护电路10的情况下的以往的电源电流的波形。

在时刻T0时，如波形W1所示，若供给电源电压(例如24V)，则电源平滑用电容器21的下端电压(节点N1的电压)上升(参照波形W2)。并且，由于节点N1的电压通过上升而变得比规定的阈值Vth大，因此节点N3的电压上升，控制开关256成为ON状态。在此，由于控制开关256的状态为ON状态，因此节点N2的电压成为L状态(参照波形W3)。其结果是，冲击电流保护开关23以及反接保护开关24均成为OFF状态。

在冲击电流保护开关23为OFF状态的情况下，电流主要经由限流电阻22流动，由此抑制冲击电流，节点N1的电压逐渐下降。

接下来，在时刻T1，如波形W2所示，若电源平滑用电容器21的下端电压(节点N1的电压)达到规定的阈值Vth，则控制开关256成为OFF状态，节点N2的电压开始上升。在此，由于从电源供给线L1经由电阻254向电容器257充电电荷，因此节点N2的电压按照电阻254和电容器257的时间常数缓慢上升。

接下来，在时刻T2，节点N2的电压成为H状态，控制电路25输出动作开始信号S1。其结果是，冲击电流保护开关23及反接保护开关24均成为ON状态。若冲击电流保护开关23成为ON状态，则节点N1的电荷经由冲击电流保护开关23而被放电。由此，节点N1的电压成为零V(P-GND线L2的电位)。并且，若反接保护开关24成为ON状态，则GND端子TN2与P-GND线L2被导通。

另外，在电源端子TN1与GND端子TN2之间反接电源电压的情况下(电源端子TN1的电压<GND端子TN2的电压)，反接保护开关24不会成为ON状态，维持OFF状态。

并且，在时刻T2，如波形W4所示，通过冲击电流保护开关23成为ON状态，电源电流的峰值IP1的电流流过。另外，在基于本实施方式的保护电路10中，由于在通过限流电阻22抑制电流而使节点N1的电压下降之后，将冲击电流保护开关23设为ON状态，因此电源电流的峰值IP1与波形W5所示的以往的电源电流(冲击电流)的峰值IP2相比大幅地降低。

这样，基于本实施方式的保护电路10利用限流电阻22抑制冲击电流，并且在电源平滑用电容器21的P-GND线L2侧的电压(节点N1的电压)为规定的阈值Vth以下的情况下，输出动作开始信号S1。冲击电流保护开关23以及反接保护开关24通过该动作开始信号S1成为ON状态。

并且，驱动电路20通过保护电路10输出的动作开始信号S1开始进行动作，将三相驱动信号供给至马达30。然后，马达30根据从驱动电路20供给的三相驱动信号被驱动。

如以上说明，基于本实施方式的保护电路10具备电源平滑用电容器21、限流电阻22、冲击电流保护开关23以及控制电路25。电源平滑用电容器21连接于电源供给线L1与P-GND线L2(基准电源线)之间，该电源供给线L1供给驱动马达30(负载)的直流电力，该P-GND线L2被施加比电源供给线L1低的基准电位。限流电阻22在电源平滑用电容器21与P-GND线L2之间与电源平滑用电容器21串联连接。冲击电流保护开关23在电源平滑用电容器21与P-GND线L2之间与限流电阻22并联连接。在电源平滑用电容器21的P-GND线L2侧的电压(节点N1的电压)超过规定的阈值Vth的情况下，控制电路25将冲击电流保护开关23设为OFF状态(非导通状态)，使限流电阻22有效。并且，在P-GND线L2侧的电压(节点N1的电压)为规定的阈值Vth以下的情况下，控制电路25将冲击电流保护开关23设为ON状态(导通状态)，使限流电阻22无效。

由此，由于基于本实施方式的保护电路10根据成为冲击电流的原因的电源平滑用电容器21的P-GND线L2侧的电压(节点N1的电压)来切换限流电阻22的有效与无效，因此能够通过限流电阻22适当地抑制冲击电流。即，由于基于本实施方式的保护电路10根据电源平滑用电容器21的P-GND线L2侧的电压(节点N1的电压)判定是否使限流电阻22有效，因此例如与通过输入端子的电压(电源供给线L1的电压)判定的情况相比，能够准确地判定使限流电阻22有效或无效的时机。并且，由于基于本实施方式的保护电路10在未产生冲击电流的情况下通过冲击电流保护开关23使限流电阻22无效，因此能够降低因限流电阻22产生的损耗(例如，因限流电阻22产生的耗电)以及因该损耗(耗电)产生的发热。

并且，在本实施方式中，控制电路25具备控制开关256，在P-GND线L2侧的电压(节点N1的电压)为规定的阈值Vth以下的情况下，该控制开关256生成开始马达30的动作的动作开始信号S1。而且，冲击电流保护开关23根据由控制开关256生成的动作开始信号S1成为ON状态。由此，基于本实施方式的保护电路10在P-GND线L2侧的电压(节点N1的电压)成为规定的阈值Vth以下而成为不产生冲击电流的状态之后，通过动作开始信号S1开始马达30的动作，因此能够减少误动作，并且能够使马达30适当地动作。并且，基于本实施方式的保护电路10无需CPU(Central Processing Unit)或利用比较器等复杂的控制部，而是能够通过利用控制开关256并使用简易的电路结构来适当地抑制冲击电流。即，基于本实施方式的保护电路10能够通过低成本以及简易的电路结构适当地抑制冲击电流。

并且，在本实施方式中，控制电路25具备电阻254，该电阻254在电源供给线L1与P-GND线L2之间与控制开关256串联连接。而且，控制开关256为连接于电阻254的P-GND线L2侧的端子与P-GND线L2之间的晶体管开关，在P-GND线L2侧的电压(节点N1的电压)为规定的阈值Vth以下的情况下，该控制开关256通过成为OFF状态而生成动作开始信号S1。

由此，基于本实施方式的保护电路10能够通过利用晶体管开关并使用简单且价格低廉的电路而适当地抑制冲击电流，并且能够降低保护电路10的耗电以及因该耗电产生的发热。

例如，在本实施方式中，控制电路25不使用比较器，而是使用晶体管开关对冲击电流保护开关23以及反接保护开关24的导通状态进行控制。由此，控制电路25无需准备比较用的基准电压，能够利用晶体管开关的基极-发射极之间的电压的阈值(例如0.6V)对冲击电流保护开关23以及反接保护开关24的导通状态进行控制。即，基于本实施方式的保护电路10能够简化控制电路25的结构。

并且，基于本实施方式的保护电路10具备反接保护开关24，该反接保护开关24连接于P-GND线L2与从外部被施加基准电位的GND端子TN2(基准电源端子)之间，并根据动作开始信号S1成为ON状态。

由此，基于本实施方式的保护电路10能够适当地抑制冲击电流，并且能够适当地防止反极性电压施加于负载部(驱动电路20以及马达30)。

并且，在本实施方式中，规定的阈值Vth是使冲击电流保护开关23导通时流过的电流为冲击电流保护开关23的容许电流值以下的电压值。

由此，基于本实施方式的保护电路10能够降低冲击电流保护开关23的劣化，并且能够确保冲击电流保护开关23的动作余量，并且能够适当地抑制冲击电流。

并且，基于本实施方式的马达单元1具备上述保护电路10、作为负载的一部分的马达30以及驱动电路20。驱动电路20为负载的一部分，根据从P-GND线L2供给的直流电力来驱动马达30。由此，基于本实施方式的马达单元1能够得到与上述保护电路10相同的效果，从而能够适当地抑制冲击电流。

另外，本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内能够实施变更。

例如，在上述实施方式中，对于保护电路10具备电阻251的例进行了说明，但是并不限定于此，也可以为不具备电阻251的结构。

并且，在上述实施方式中，对于保护电路10具备电阻255以及电容器257的例进行了说明，但是并不限定于此。只要冲击电流保护开关23以及反接保护开关24的栅极电压(栅极端子与源极端子之间的电位差)的耐压和导通时的电流在容许范围内，则保护电路10也可以为不具备电阻255以及电容器257中的一个或两个的结构。

并且，在上述实施方式中，对于保护电路10具备稳压二极管(232、233)以及稳压二极管(242、243)作为保护元件的例进行了说明，但是并不限定于此。保护电路10也可以为不具备稳压二极管(232、233)以及稳压二极管(242、243)的结构。

并且，在上述实施方式中，对于控制开关256为NPN双极晶体管的例进行了说明，但是例如也可以为FET等其他种类的晶体管。

并且，在上述实施方式中，对于马达30为三相直流无刷马达的例进行了说明，但是并不限定于此，例如也可以为直流有刷马达等其他种类的马达。

并且，在上述实施方式中，冲击电流保护开关23以及反接保护开关24在驱动电路20中也可以使用与驱动信号生成用MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)相同的元件。通过使用相同的元件而共同地使用，保护电路10能够抑制元件的种类，提高生产率。

并且，在多个MOSFET装配于一个封装体的情况下，冲击电流保护开关23及反接保护开关24和驱动信号生成用MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)也可以装配于同一封装体。在该情况下，由于能够集中在一个封装体内而在基板上执行，因此保护电路10能够实现低成本化以及省空间化。