JP6502687B2

JP6502687B2 - 電子装置の接地構造、および電子装置

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Publication number: JP6502687B2
Application number: JP2015016555A
Authority: JP
Inventors: 淳史倉内; 弘智氏家
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2019-04-17
Anticipated expiration: 2035-01-30
Also published as: JP2016143476A

Description

本発明は、電子装置の接地構造に関し、特に、外来輻射雑音があっても電子装置の接地電位に変動を生じさせ難い接地構造、および当該接地構造を有する電子装置に関する。

一の構造物（例えば、車両の車体）の内部において、電源装置から複数の電子装置に電源を供給する場合、各電子装置は当該車両の車体に接地されると共に、これら電子装置の電子回路から流れ出るグランド電流は、当該車体を介して上記電源のグランド端子に還流するよう構成されることが多い。

この場合、各電子装置内に収容された電子回路のグランドラインと車体との間の電気的接続は、一般に、当該電子装置と車体との間を接続するリード線（接地線）により行われる。

しかしながら、電子装置の設置環境内に大きな電磁輻射雑音が存在する場合には、当該電磁輻射雑音の影響により接地線においてグランド電位の変動が生じ、電子装置に誤動作が生じ得る。例えば車両においては、当該車両内に用いられる内燃機関（例えば、その点火プラグ）や大電流モータは大きな電磁輻射雑音の発生源となり、当該大きな電磁輻射雑音により接地線におけるグランド電位の変動を生じ得る。

また、電源装置のグランド端子と電子装置のグランドラインとがワイヤハーネスにより直接的に接続されている場合であっても、電源装置のグランド端子と、電子装置のグランドラインとが、外部構造物に対して個別に接地される場合には、上述したような大きな電磁輻射雑音の存在により、電源装置のグランド電位と電子装置のグランド電位との間の電位差に変動が生じて、電子装置の動作に誤りを発生する事態が生じ得る。

上記の背景より、大きな外部輻射雑音が存在する環境下でも、外部構造物に接地されたグランドラインの電位を安定化させて電子装置の誤動作を防止し得る、接地構造の実現が望まれている。

本発明の一の態様は、電子装置を外部構造物に接地するための接地構造である。本接地構造は、中心導体と、前記中心導体を取り巻くように設けられたシールド被覆と、により構成された接地ケーブルを備え、前記接地ケーブルの前記中心導体は前記電子装置のグランドラインと前記外部構造物とを電気的に接続するよう構成され、前記シールド被覆は、当該シールド被覆の一端が前記外部構造物と電気的に接続され、当該シールド被覆の他端が前記電子装置に接続されることなく開放状態となるように構成されている。前記外部構造物は、前記電子装置から電源のグランド端子に至るグランド電流経路の一部を構成するものであり、前記シールド被覆と前記外部構造物とが電気的に接続される位置は、当該位置から前記電源の前記グランド端子に至るまでの電流経路の距離が、前記中心導体と前記外部構造物とが電気的に接続される位置から前記電源の前記グランド端子に至るまでの電流経路の距離よりも短くなる位置に設けられる。
本発明の他の態様は、上述の接地構造を有する電子装置である。

本発明の一実施形態に係る接地構造を用いた電子装置の構成を示すブロック図である。図１に示す接地構造に用いられる接地ケーブルの構造の一例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る接地構造を用いた電子装置の構成を示すブロック図である。本電子装置は、例えば車両内に設けられてモータ制御を行う制御装置である。

本制御装置１００は、回路基板１０２と、回路基板１０２を収容する導電性材料（例えばアルミニウム等の金属）で構成された筺体１０４と、を有する。回路基板１０２上には所定の機能を実現する回路ブロック１０６、１０８、１１０により電子回路（制御回路）が構成されている。なお、回路基板１０２は筐体１０４に収容されているため、筐体１０４の外部から回路基板１０２を視認することはできないが、図１においては、説明のため、筐体１０４の内部に収容されている部分についても実線を用いて示している。

回路ブロック１０６〜１１０は、回路基板１０２上に設けられたコネクタ１１２と、コネクタ１１２に接続されたワイヤハーネス１１４とを介して、センサ１１６や、アクチュエータ等の制御対象１１８に接続されている。また、車両内に設けられたバッテリ１２０の＋Ｖ端子と回路基板１０２上の回路ブロック１０６〜１１０とが、コネクタ１１２とワイヤハーネス１１４とを介して接続されている。

ここで、例えば、回路ブロック１０６は、センサ１１６からのセンサ信号を増幅してデジタル信号に変換する小信号増幅回路ブロックであり、回路ブロック１０８は、回路ブロック１０６から出力されたデジタル信号を処理し、当該処理の結果であるデジタル信号を出力する演算処理回路ブロックであり、回路ブロック１１０は、回路ブロック１０８から出力されたデジタル信号をアナログ信号に変換し、当該アナログ信号に基づいて制御対象１１８を制御する制御回路ブロックである。

回路基板１０２には、各回路ブロックを構成する電気部品のグランドが接続されるグランドパターン１２２が形成されており、グランドパターン１２２は、金属（例えば銅板）等の導電性材料で構成された導体１２４を介して筺体１０４と電気的に接続されている。また、筺体１０４は、接続端子１２６、１２８と接地ケーブル１３０とを介して外部構造物１３２（例えば車体）と電気的に接続されている。

バッテリ１２０のＧＮＤ端子（グランド端子）は、リード線１３４及び接続端子１３６を介して外部構造物１３２に接続されており、これにより、バッテリ１２０の＋Ｖ端子からワイヤハーネス１１４を介して回路基板１０２上の回路ブロック１０６〜１１０に供給された電流は、グランドパターン１２２、導体１２４、筺体１０４、接地ケーブル１３０、及び外部構造物１３２を経て、バッテリ１２０のＧＮＤ端子へ還流する。

特に、接地ケーブル１３０は、中心導体１３８と、中心導体１３８を取り巻くように構成された導電性のシールド被覆１４０と、で構成されている。中心導体１３８は、回路基板１０２のグランド電位が外部構造物１３２の電位と等しくなるように、その両端が接続端子１２６、１２８を介して筺体１０４と外部構造物１３２とにそれぞれ電気的に接続されている。一方、シールド被覆１４０は、その一端が、中心導体１３８と外部構造物１３２との接続点（又はその近傍）において当該外部構造体１３２と電気的に接続され、他端は筺体１０４には接続されず開放（オープン）状態となっている。

これにより、制御装置１００の設置環境内で発生した外部輻射雑音が接地ケーブル１３０に到来した場合、当該外部輻射雑音により接地ケーブル１３０のシールド被覆１４０に雑音電荷が誘導されて電位変動が生じるが、中心導体１３８は、シールド被覆１４０により電気的に保護されているため、当該中心導体１３８には電位変動は誘発されない。また、シールド被覆１４０は、その一端が外部構造物１３２に接続され、他端は筺体１０４に接続されていないため、シールド被覆１４０に発生した誘導電荷は外部構造物１３２にのみ流れ込み、筺体１０４へは流れ込まない。このため、シールド被覆１４０に電位変動が生じても、当該電位変動は筺体１０４を介して回路基板１０２上のグランドパターン１２２の電位を変動させることがない。

また、シールド被覆１４０から外部構造物１３２に流れ込んだ雑音電荷は、当該外部構造物１３２を介してバッテリ１２０のＧＮＤ端子へ速やかに流れ込む。ここで、電気回路の接地に用いられる外部構造物１３２は、一般に、例えば車体等の、外部輻射雑音によって誘導される程度の電荷が流れてもその電位が実質的に変動しない程度に十分大きな体積を持つ導体により構成され、場合によってはその一部が直接又は間接に大地と電気的に接触している。このため、外部輻射雑音によりシールド被覆１４０に発生した電荷が外部構造物１３２に流れても、当該外部構造物１３２の電位は変動せず安定しており、したがって、回路基板１０２上のグランドパターン１２２のグランド電位も、中心導体１３８を介して外部構造物１３２と同様の安定した電位に保たれる。その結果、制御装置１００は、大きな外部輻射雑音が発生するような環境に設置されている場合でも、グランド電位が一定に維持され、安定な制御動作を行うことができる。

図２は、図１に示す接地ケーブル１３０の構成の一例を示す図である。
本接地ケーブル１３０は同軸上のケーブルであり、図２（ａ）はその径方向の断面図、図２（ｂ）は長さ方向の側断面図である。
本接地ケーブル１３０は、チューブ状の絶縁物２００の中心に中心導体１３８が形成され、絶縁物２００の周囲には中心導体１３８を取り巻くようにシールド被覆１４０が設けられ、シールド被覆１４０の外側外周部には外被２０２が設けられている。そして、中心導体１３８が外部構造物１３２に接続される図示下側（図３（ｂ））において、中心導体１３８とシールド被覆１４０とが、例えば圧着やハンダにより互いに接続されている。

なお、本実施形態では、シールド被覆１４０の一端を、中心導体１３８と外部構造物１３２との接続点又はその近傍に接続するものとしたが、これに限らず、シールド被覆１４０の一端を、当該接続点よりもバッテリ１２０のＧＮＤ端子に近い（すなわち、ＧＮＤ端子に至るまでの電流経路長がより短くなる）外部構造物１３２上の任意の箇所に接続するものとしても良い。

また、これに代えて、筺体１０４に接続されていない側の中心導体１３８の一端とシールド被覆１４０の一端とを接続し、当該中心導体１３８よりも十分に低いインピーダンス（例えば、中心導体１３８のインピーダンスの１／１０以下）を有する導体（例えば、中心導体１３８よりも短い導体及び又は太い導体）を介して外部構造物１３２に接続するものとしてもよい。これにより、外来輻射雑音によりシールド被覆１４０に誘導された電荷は、筺体１０４の方向に向かって中心導体１３８を伝わることなく、上記低いインピーダンスを有する導体を介して外部構造物１３２へ速やかに流れ出ることとなる。なお、この場合、電磁輻射雑音により当該低いインピーダンスを有する導体自体に電位変動が生じないように、当該導体の長さを十分短くすることが望ましい。

以上、説明したように、本実施形態では、制御装置の電子回路のグランドが、中心導体とシールド被覆とを有する接地ケーブルを介して、電源へのグランド電流の還流経路の一部を構成する外部構造物に電気的に接続され、当該接地ケーブルは中心導体とシールド被覆とにより構成されている。そして、シールド被覆の一端が中心導体と外部構造物との接続点（またはその近傍）に接続され、シールド被覆の他端はどこにも接続されず電気的に開放（オープン）状態となっている。これにより、環境からの外来輻射雑音によりシールド被覆に誘導された電荷（雑音電荷）は、制御回路へ至ることなく外部構造物へ排出されるので、中心導体には外来輻射雑音に起因する電位変動は発生せず、制御装置のグランド電位は外部構造物と同じ安定な電位に維持される。これにより、大きな外来輻射雑音のある環境においても、制御装置の動作を安定に維持して、制御誤差や制御異常の発生を防止することができる。

なお、本実施形態では、外部構造物が、制御装置から電源装置（バッテリ）のグランド端子に至るグランド電流経路の一部を構成するものとして記載したが、本発明に係る接地構造は、これに限らず、電源装置のＧＮＤ端子と電子装置のグランドラインとがワイヤハーネスにより直接的に接続される場合において電源装置のグランド端子と電子装置のグランドラインとが外部構造物に対して個別に接地される場合にも、電子装置及び又は電源装置の接地構造として適用することで、外部輻射雑音の影響（例えば、電源装置と電子装置間でのグランド電位差の変動）を効果的に低減することができる。

また、本実施形態では、接地ケーブルを制御装置に接続して当該制御装置のグランドラインを外部構造物に接地するものとしたが、本接地構造は、制御装置のみならず、広く外部輻射雑音によりその動作が不安定となり得る電子装置に適用して外部輻射雑音の影響を効果的に低減することができる。

１００・・・制御装置、１０２・・・回路基板、１０４・・・筺体、１０６、１０８、１１０・・・回路ブロック、１１２・・・コネクタ、１１４・・・ワイヤハーネス、１１６・・・センサ、１１８・・・制御対象、１２０・・・バッテリ、１２２・・・グランドパターン、１２４・・・導体、１２６、１２８、１３６・・・接続端子、１３０・・・接地ケーブル、１３２・・・外部構造物、１３４・・・リード線、１３８・・・中心導体、１４０・・・シールド被覆、２００・・・絶縁物、２０２・・・外被。

Claims

電子装置を外部構造物に接地するための接地構造であって、
中心導体と、前記中心導体を取り巻くように設けられたシールド被覆と、により構成された接地ケーブルを備え、
前記接地ケーブルの前記中心導体は前記電子装置のグランドラインと前記外部構造物とを電気的に接続するよう構成され、
前記シールド被覆は、当該シールド被覆の一端が前記外部構造物と電気的に接続され、当該シールド被覆の他端が前記電子装置に接続されることなく開放状態となるように構成されており、
前記外部構造物は、前記電子装置から電源のグランド端子に至るグランド電流経路の一部を構成するものであり、
前記シールド被覆と前記外部構造物とが電気的に接続される位置は、当該位置から前記電源の前記グランド端子に至るまでの電流経路の距離が、前記中心導体と前記外部構造物とが電気的に接続される位置から前記電源の前記グランド端子に至るまでの電流経路の距離よりも短くなる位置に設けられる、
接地構造。
請求項１に記載の接地構造を有する電子装置。