CN1492558A - 光电式半导体保安单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光电式半导体保安单元，连接在电话电缆进线与电信交换设备的告警***之间，用于解决大、小电流告警等问题。包括防护器件和告警电路两部分。防护器件包括熔丝、热敏电阻和通信设备过电压保护用半导体管；告警电路包括大电流取样电路、小电流取样放大电路、大电流告警光电触发记忆电路和大、小电流告警指示电路。两个串接的半导体管并接在熔丝输出端上；大电流取样电路并接在快速熔丝两端；小电流取样放大电路的输入端连接在半导体管的串接点上，其输出端连接告警***；大电流告警光电触发记忆电路的输出端连接告警***。利用大电流取样电路的发光器件及光接收器件，触发大电流告警光电触发记忆电路工作。

Description

光电式半导体保安单元
技术领域
本发明涉及一种通信设备的保安技术，更确切地说是涉及一种半导体保安单元，应用于电话交换机的总配线架上，连接于进线电缆与电话交换设备之间，对电话交换设备进行过电压、过电流防护和防雷击等的保护与告警。
背景技术
保安单元是配线架一类电信设备用于过压、过流的防护器件。目前投入使用的保安单元，过压、过流防护元件大都采用气体放电管。采用气体放电管的保安单元除了含有气体放电管外，还包括有压缩弹簧、放电管金属外套、短路片、低温锡块(或热线圈)、推进轴、告警信号动片和告警信号定片等多种机械零件。当出现雷击、强电等过流、过压情况时，利用气体放电管高功耗产生的热量，熔化低温锡块(或热线圈)，实现防护与告警。
此种保安单元普遍存在的问题是：由于气体放电管难免存在不同程度的慢性漏气，因而使用寿命较短，一般2至3年失效，需要定期更换，一旦失效还会危及设备和人身安全；由于低温锡块的熔化需要一定时间，在2.5安培时，大致在5至15秒之间，故告警速度较慢；由于在保安单元的通话电路中还串接有可熔断丝，其额定值一般是2.5安培左右，当通过的电流超过2.5安培时，一般会在2秒钟内熔断。超过熔丝的额定值值后，熔丝会快速熔断，但保安单元却不能产生机械动作，也不能发出告警信号，使维护人员不能及时发现电路的中断情况，从而延误了维护，容易引起用户申告；更重要的是过电压的存在，危及线路设备和人身安全，这也是保安单元一直没有解决的老问题；又由于低温锡块熔化后不能自复，使保安单元不能重复使用，增加了维护费用。
通信设备过电压保护用半导体管(以直简称半导体管)具有寿命长、反应速度快、管压降低等特点，是国家有关部门建议使用的保安单元防护器件。但在实际使用中，也仅是用相同尺寸的半导体管代替气体放电管，将低温锡块的熔点从90℃改为70℃，其它机械结构仍未改变。这种简单的取***法，只是解决了保安单元因使用气体放电管造成的短寿命问题，并没有充分发挥半导体管的优点。
发明内容
本发明的目的是设计一种光电式半导体保安单元，可解决大电流告警问题、大电流告警后的指示与记忆问题、小电流快速告警与告警电路的自复问题，和对大电流告警与小电流告警进行区别的问题，且在解决上述问题的同时，还要满足制造成本低、使用维修方便、实用的要求。
实现本发明目的的技术方案是这样的：一种光电式半导体保安单元，连接在电话电缆进线与电信交换设备间，通过电信交换设备的电话进线与告警***连接，包括防护器件和告警电路，其特征在于：
所述的告警电路包括大电流取样电路、小电流取样放大电路，和大电流告警光电触发记忆电路；大电流取样电路连接在电话电缆进线与电信交换设备的电话进线之间，小电流取样放大电路的输入端连接在电话电缆进线电压的取样点上，小电流取样放大电路的输出端连接告警***；大电流告警光电触发记忆电路的输出端连接告警***，大电流取样电路中的发光器件位于大电流告警光电触发记忆电路的光接收器件侧。
所述的告警电路还包括有小电流告警指示电路和大电流告警指示电路，小电流告警指示电路与小电流取样放大电路连接，大电流告警指示电路与大电流告警光电触发记忆电路连接。
所述的小电流告警指示电路由发光二极管组成，连接在所述小电流取样放大电路的输出端与告警***间；所述的大电流告警指示电路由发光二极管组成，连接在所述大电流告警光电触发记忆的输出端与告警***间。
所述的大电流取样电路由氖灯串接限流电阻构成，分别串接在两电话电缆进线与两电信交换设备的电话进线之间，氖灯构成所述大电流取样电路的发光器件。
所述的小电流取样放大电路是具有延时性能的晶体管放大电路。
所述的大电流告警光电触发记忆电路包括可控硅和光电管或光敏电阻，光电管或光敏电阻连接可控硅的触发端，可控硅连接所述的告警***，所述的光电管或光敏电阻构成大电流告警光电触发记忆电路的光接收器件。
所述的防护器件包括两个串连连接的半导体管，并接在电话电缆进线两端，两半导体管的串接点构成所述电话电缆进线电压的取样点。
所述的防护器件包括熔断丝，串接在电话电缆进线与电信交换设备电话进线之间，并与所述的大电流取样电路并联连接。
所述的防护器件还包括有正温度系数热敏电阻，串接在电话电缆进线与电信交换设备的电话进线之间。
本发明的光电式半导体保安单元，解决了机电式保安单元所存在的告警速度慢、告警电路不能自复、大电流不能告警等问题，特别是首次将光电控制技术应用于保安单元中，进行大电流取样、光电触发告警，提高了对过电压的反应速度；通过采用小电流取样放大技术，从而形成不自保但能自复的快速告警，可节约维护费用；通过设置大、小电流告警指示电路，可利用双色发光二极管进行大、小电流告警指示，为维护人员提供了不同过电压时的明显指示，增加了保安单元的功能。本发明的光电式半导体保安单元，可在保持现有配线架保安单元外形尺寸不变的情况下，将其改装成本发明的光电式保安单元。
附图说明
图1是本发明光电式半导体保安单元的原理性结构框图；
图2是按图1原理设计的光电式半导体保安单元的电路结构图。
具体实施方式
参见图1，光电式半导体保安单元，连接在电话电缆进线端a、b与电信交换设备电话进线端a’、b’及告警***端子S、E间，主要包括防护器件和告警电路两个部分。防护器件包括分别串接在a、a’及b、b’线中的熔丝FU1、FU2，正温度系数的热敏电阻PTCT1、PTCT2和并接在a、b线上的两串连的半导体管D1、D2，当a端有过压或b端有过压或a、b端同时有过压，且电流超过熔丝的额定值时，熔丝FU1熔断或FU2熔断或FU1、FU2同时熔断；在电流未超过熔丝额定值时，半导体管D1或D2被击穿，将过电压“短路”入地，同时，PTC1、PTC2因过流发热而使电阻值增大，起到保护a’、b’线后交换设备的作用。
告警电路包括大电流取样电路11、小电流取样放大电路12、大电流告警光电触发记忆电路13和告警指示电路14。两个串联连接的半导体管D1、D2并联连接在大电流取样电路11输出端上。大电流取样电路11分别并接熔丝FU1、FU2且与热敏电阻PTC1、PTC2一起串接在电话电缆进线与电信交换设备进线a、a’、b、b’之间。小电流取样放大电路12的输入端连接在两个半导体管D1、D2的串接点(电话电缆进线电压的取样点，通过取样电阻连接48V电源)上，小电流取样放大电路12的输出端连接告警指示电路14，大电流告警光电触发记忆电路13的输出端连接告警指示电路14。大电流告警光电触发记忆电路13和告警指示电路14通过S端连接总配线架的告警***。大电流取样电路11中设有发光器件，大电流告警光电触发记忆电路13中设有光接收器件，当a端或b端或a、b端同时有过电压时，点亮发光器件，被光接收器件接收，触发大电流告警光电触发记忆电路13(如图中点划线所示)，输出大电流告警信号。
参见图2，氖灯H1、H2分别串接高阻值电阻R1、R2构成大电流取样电路11。由电阻R3、R4，二极管D3、D4，电容C和晶体管G1连接成具有延时功能的晶体管放大电路，构成小电流取样放大电路12。由光电二极管D6或光敏电阻R6(如图中虚线所示)、电阻R5、双向二极管D5和可控硅G2连接构成大电流告警光电触发记忆电路13。绿色发光二极管D7及红色发光二极管D8分别构成告警指示电路14。S、E端连接配线架上告警电路的48V直流电源。
当a、b线路上出现市电220V交流电压，而单线电阻(a、b电缆线电阻，反映电缆进线的长度)为200至600Ω时，半导体管D1或D2导通(或D1、D2同时导通)，小电流取样电路获得输入信号，对C充电(延时作用)触发G1导通，发光二极管D7发出绿光，同时推动告警电路工作。若过电压消失，D1、D2截止，小电流取样电路输入端失去取样信号，G1截止，发光二极管D7停止发光，告警电路停止工作。如果线路上再次出现过电压时，告警***再次工作，发出告警信号。小电流取样电路中电容器C可避免因雷击或感应电压产生的误告警问题。
当线路上出现市电220V交流电压，且单线电阻为50至10Ω时，半导体管D1或D2导通，由于电流很大，超过FU1或FU2的额定电流而使FU1或FU2(或同时)快速熔断，此时小电流取样电路因失去取样信号而停止工作，大电流取样电路开始工作，H1或H2(或同时)发光，被光电二极管D6或光敏电阻R6接收，D6或R6内阻迅速下降，触发可控硅G2导通，从而使发光二极管D8导通发出红光，同时推动配线架告警***工作。由于G2一经触发就处于自保状态，故告警指示电路具有告警指示与记忆功能，可提醒维护人员快速处理故障。
本发明的光电式半导体保安单元，解决了现有机电式保安单元所存在的告警速度慢、告警电路不能自复、大电流不能告警等问题。通过在保安单元中采用光电控制技术，解决大电流告警；通过采用可控硅技术，解决了大电流告警指示与记忆；通过采用小电流取样放大电路，解决小电流告警指示和告警电路的自复；所设计的双色告警指示电路，可分别指示小电流告警与大电流告警，扩展了保安单元的功能。此外，本发明通过优化设计，利用分立器件以简单的电路设计完成了发明目的，降低了产品成本和节约了维护费用。

Claims (10)

1.一种光电式半导体保安单元，连接在电话电缆进线与电信交换设备间，通过电信交换设备的电话进线与告警***连接，包括防护器件和告警电路，其特征在于：
所述的告警电路包括大电流取样电路、小电流取样放大电路，和大电流告警光电触发记忆电路；大电流取样电路连接在电话电缆进线与电信交换设备的电话进线之间，小电流取样放大电路的输入端连接在电话电缆进线电压的取样点上，小电流取样放大电路的输出端连接告警***；大电流告警光电触发记忆电路的输出端连接告警***，大电流取样电路中的发光器件位于大电流告警光电触发记忆电路的光接收器件侧。
2.根据权利要求1所述的一种光电式半导体保安单元，其特征在于：所述的告警电路还包括有小电流告警指示电路和大电流告警指示电路，小电流告警指示电路与小电流取样放大电路连接，大电流告警指示电路与大电流告警光电触发记忆电路连接。
3.根据权利要求2所述的一种光电式半导体保安单元，其特征在于：所述的小电流告警指示电路由发光二极管组成，连接在所述小电流取样放大电路的输出端与告警***间；所述的大电流告警指示电路由发光二极管组成，连接在所述大电流告警光电触发记忆的输出端与告警***间。
4.根据权利要求1所述的一种光电式半导体保安单元，其特征在于：所述的大电流取样电路由氖灯串接限流电阻构成，分别串接在两电话电缆进线与两电信交换设备的电话进线之间，氖灯构成所述大电流取样电路的发光器件。
5.根据权利要求1所述的一种光电式半导体保安单元，其特征在于：所述的小电流取样放大电路是具有延时性能的晶体管放大电路。
6.根据权利要求1所述的一种光电式半导体保安单元，其特征在于：所述的大电流告警光电触发记忆电路包括可控硅和光电管或光敏电阻，光电管或光敏电阻连接可控硅的触发端，可控硅连接所述的告警***，所述的光电管或光敏电阻构成大电流告警光电触发记忆电路的光接收器件。
7.根据权利要求1所述的一种光电式半导体保安单元，其特征在于：所述的防护器件包括两个串连连接的半导体管，并接在电话电缆进线两端，两半导体管的串接点构成所述电话电缆进线电压的取样点。
8.根据权利要求1所述的一种光电式半导体保安单元，其特征在于：所述的防护器件包括熔断丝，串接在电话电缆进线与电信交换设备电话进线之间，并与所述的大电流取样电路并联连接。
9.根据权利要求1所述的一种光电式半导体保安单元，其特征在于：所述的防护器件包括正温度系数热敏电阻，串接在电话电缆进线与电信交换设备的电话进线之间。
10.根据权利要求1所述的一种光电式半导体保安单元，其特征在于：所述的防护器件包括两个串连连接的半导体管、两熔断丝和两正温度系数热敏电阻；熔断丝与所述的大电流取样电路并联连接；一熔断丝串接一正温度系数热敏电阻，并串接在电话电缆进线与电信交换设备的电话进线之间；两个串连连接的半导体管并接在熔断丝与正温度系数热敏电阻的串接点上，两半导体管的串接点构成所述电话电缆进线电压的取样点。
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