JP2575464B2 - 過電圧保護手段を含む電話器回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は加入者電話器内部の電子回路に関するもので
あり、特にその過電圧保護回路に係る。

電話線で発生した過電圧がかかった場合に送受話器取
り外し（以下「フックオフ」と呼ぶ）時の電話器の動作
を劣化させることなく電話器回路の保護を確実なものと
するために、電話器の主たる機能を果たす集積回路に組
み込まれた保護回路を提供する。

従来の技術及び発明が解決しようとする課題 加入者の電話器内部の回路は数種類の機能を果すこと
ができるよう設計されている。即ち、受話器がフックオ
フされたことを示す信号の発信，電話交換器より送られ
る呼び出し信号の受信，音声信号の発信及び音声信号の
受信，他の加入者を特定して呼び出すためのダイアル信
号の発信、などである。

これらの機能は、特に電話器と電話交換器との距離及
び電話回線（電話器の電源はこの電話回線を通して電話
交換器より供給される）の動作電圧レベルなどの動作条
件が１つの電話器と他の電話器との間で大きく変化する
場合にも不都合なく動作しなければならない。

更に、異常な動作条件下であっても誤りなく多くの機
能が働かなければならず、又はもしそういった異常な条
件下でそれらの機能が働かないとしても電話器回路はな
んとかしてそういった異常な条件によって破壊されるこ
とのないように保護されなければならない。

電話器が破壊されずに持ちこたえなければならない異
常な条件の１つが電源回路網のリード線の偶発的な接触
である。この電源回路網は一般に220ボルト（実効値）
の電圧を与える。

このため電話器内部の回路は一般にこれら異常動作条
件に対する幾つかの保護手段を含んでいる。

この回路の一例を第１図に示す。

この回路は２つの入力端子Ａ及びＢを有しており、夫
々は２線式電話回線L1,L2のうちの一方に接続され、更
に電話交換器10の２つの端子Ａ′,B′に接線されてい
る。

加入者の電話器回路は主たる以下に述べる部分を含ん
でいる。回路DSは呼び出し信号を検出するものであり、
コンデンサＣを介して端子Ａ及びＢに接続され電話交換
器より電話回線上を送られる呼び出し信号の存在の検出
に用いられる。またこの回路は電子的な又は電気機械な
発音手段SOの動作を制御する。呼び出し信号の検出回路
は端子A,B間に設けられる素子（双方向ツェナー；図示
せず）によって保護される。

呼び出し信号検出回路の後段には端子Ａに接続された
スイッチK1と端子Ｂに接続されたスイッチK2とが設けて
ある。これらのスイッチは開成時には常に電話回線と接
続されているDS回路及びコンデンサＣを除いて、電話器
全体の回路を電話回線より切り離す。これらのスイッチ
は送受話器が掛けられると開成され、送受話器がフック
オフされると閉成する。

整流ブリッジRDは２つの入力端子E,F及び２つの出力
端子G,Hを有しており、端子ＥはスイッチK1と、端子Ｆ
はスイッチK2と接続され、端子Ｇは電話器回路の共通接
地とされ、更に端子Ｈは電話器回路の給電端子であると
ともにこの端子を通して電話交換器から信号（通話信
号，ダイアル信号，送受話器のフック信号）が入来し、
又は電話交換器へ信号が送られる。

回路（又は素子）CPPは最初の保護のためのものであ
り端子ＦとＦとの間に接続され、電話回線からの偶発的
な過電圧があった場合に整流ブリッジが受ける電圧を約
100ボルト（実効値）でクリップする。

１ないし複数の集積回路CIは装置の多くの機能（呼び
出し信号の検出は除く）を実行するために設計されてお
り、これはマイクロフォンMICからの音声信号を扱い、
拡声スピーカHP上に音声信号を送出し、更にダイアル又
はディジタルキーボードCLによってダイアル信号を送出
する。ここでは１つの回路CIのみが示されている。

EHTは高圧段と呼ばれ整流ブリッジRDの出力端子Ｈと
集積回路の入力端子Ｊの間に設けられている。これは特
に通常の動作条件下で整流ブリッジRDの出力に生じる50
乃至100ボルトの範囲の電圧には直接耐えられない集積
回路に供給される最大電圧を制限することを目的として
いる。この集積回路には端子ＪとグランドＧの間で給電
される。

最後に、第２の保護回路CPSは端子Ｈ及びグランドＧ
の間に接続されている。これは高圧段で消費される電流
の制限値を割り当てる（変化させる）ことによって過電
圧発生時に高圧段で使われる電力を制限する。

集積回路IC（これに電流を供給する電圧段EHTに接続
されている）の主たる機能の１つは、端子Ｊでの電圧調
節及び高圧段から端子Ｊへ流れる電流の調節を確実なも
のとすることである。実際上送受話器のフック信号だけ
でなくダイアル信号は、電話回線上に所定の閾値以上の
直流電流があるか、ないかによって構成されている。こ
の電流は電話器によって消費される電流で、本質的に高
圧段から集積回路の端子Ｊへ向かって流れるものであ
る。

電話器によって消費される電流は端子E,F間で受ける
電圧に依存し、又、この電圧は電話交換器の供給電圧
（かなり大きく変化し得る）及び電話線のインピーダン
ス（これも電話線の長さに応じて大きく変化し得る）の
両方に依存することから、集積回路は、Ｊ点の電流及び
電圧を電話器の夫々の動作状態（受話状態，呼び出し後
のフックオフ状態，呼び出しのための接続状態，及び通
話状態）に対して良好な範囲内に維持するよう制御しな
ければならない。この目的のために集積回路は、消費さ
れる電流を制限するために高圧段のバイアスに作用する
出力端子Ｋを有している。

実際の規格は次の通りである。

1.呼び出された場合の呼び出し中断規格：応答するため
に送受話器を取り上げると、電話器には平均がゼロでな
い電流が流れる。この平均電流は電話交換器によって検
出され、この検出に続いて遅くとも150ミリ秒後に呼び
出し信号を停止し通話状態に切り換えなければならな
い。電話回線が短い場合には、平均電流は少なくとも30
ミリアンペアとしなければならない。

2.通話状態：通話状態にセットされると、消費されるピ
ーク電流（平均電流ではない）は60ミリアンペア以下と
ならなければならない。

3.「呼び出し」時のフックオフ動作：他の加入者を呼び
出すために送受話器がフックオフされると、電話器は電
話交換器が検出しダイアル信号を受ける準備ができるよ
うに平均電流の消費を開始する。400ミリ秒後にはダイ
アル状態がセットされ、この状態でのピーク電流は70ミ
リアンペアを越えてはならない。最後に、電話をかけた
者とかけられた者との間の接続状態の後に、再び送話状
態となり、この期間のピーク電流は60ミリアンペアを越
えてはならない。

一般的な規則として、電流の制限はこれらの規格に合
致しなければならない。しかしそれ以上にこの電流制限
は、過電圧がある場合の過剰な電力消費を防ぐために有
効である。

呼び出し信号の後に送受話器をフックオフする時には
少なくとも30ミリアンペアの平均電流を消費することを
必要とするので（電話線が短い場合）、ピーク電流の制
限を110ミリアンペア以下とすることができない。

すなわち、集積回路CIは、送受話器のフックオフの後
（すなわち集積回路CIに電圧が供給された後）約400ミ
リ秒の間ピーク電流の制限を110又は120ミリアンペアに
セットし、この閾値以下にはできない。このようにして
呼び出し時の呼び出し中断規格に従うことができる。そ
のあと400ミリ秒後に集積回路はダイアル状態又は通話
状態に対して電流を60ミリアンペアに制限する。

もしも送受話器がフックオフされた状態で電話線に過
電圧が発生すると、この過電圧は第１の保護素子CPPに
よって約100ボルト（実効値）に制限される。そして約4
00ミリ秒に亘って約６ワットの電力消費が起り、その後
は約３ワット消費される。

これらの電力の要求は高すぎるため、高圧段EHTにお
いて高価なトランジスタの使用が必要となる。

400ミリ秒を越える期間後の電力消費のピークを制限
するという提案は既になされている。この制限は第１図
に示す第２の保護回路CPSによってなされる。

この回路は集積回路CIの外部の素子（ツェナーダイオ
ード，抵抗，コンデンサ，トランジスタ）によって行わ
れ、消費電流のピークを約30ミリアンペアに制限するよ
うに高圧段のバイアスに作用する。この回路は過電圧が
ある場合及び過電圧がかかってからの所定のディレーの
後にのみ作用する。

このディレーは回路CPSの抵抗及びコンデンサの値の
ばらつきがあるが400ミリ秒以上となるように広く計算
される。このようにして保護回路は呼び出された時にフ
ックオフ状態にある受話器を劣化させることはない。実
際には上記の素子のばらつきを考慮すると平均数秒間の
ディレーがあることが考えられる。この結果、400ミリ
秒間に６ワットが消費された後数秒間にわたって３ワッ
ト程度消費されることになる。

課題を解決するための手段及び作用 このエネルギー消費は多すぎる。そして本発明の目的
は、電話器の主たる機能を有する集積回路CI中に設けら
れた第２の保護回路によってこれを減少させることであ
る。

本発明の保護回路は受話器がフックオフされた後の第
１の期間内には高圧段で消費される電流を第１の値に制
限し、この第１の期間経過後の期間はこの電流を第１の
値よりも低い第２の値に制限し、最後に、第１の期間内
に過電圧が発生したときは第１の期間に続いて開始され
る第２の期間経過後に、又第１の期間経過後に過電圧が
発生したときはこの発生に続く第２の期間経過後に、こ
の電流を第２の値よりも低い第３の値に制限する。

より正確に言うと、本発明になる回路は、 第１のコンデンサ、及び高圧段の出力と接続され高圧
段の出力における供給電圧の発生によって前記コンデン
サを充電する手段と、 前記コンデンサに接続され高圧段の出力における供給
電圧の発生に続く第１の期間経過後に第１の制御信号を
発生する第１の閾値コンパレータと、 高圧段の端子における過電圧の存在を検出し、第２の
制御信号を供給するための第２の閾値コンパレータと、 第２のコンデンサ、及びこのコンデンサを充電するも
のであって第１及び第２の制御信号がない場合はこのコ
ンデンサ充電しない充電手段と、 第２のコンデンサに接続され、第２のコンデンサの充
電開始に続く第２の期間の後に第３の制御信号を発生す
る第３の閾値コンパレータと、 第１及び第３の制御信号を受け、高圧段の出力電流を
第１の信号がきたときは第１の値に、第３の制御信号が
きたときには第１の値よりも小なる第２の値に制限する
よう用いられる高圧段の出力電流の制御手段と、よりな
る。

好ましい実施例において、高圧段は、ベースバイアス
用の高抵抗を有するトランジスタ又は１組のトランジス
タを有し、この、コレクタは高圧段に電流を供給する整
流ブリッジに接続され、エミッタは高圧段の出力に接続
されている。電流制限手段は、ベースが高圧段の出力に
接続され、コレクタが抵抗を介してベースバイアス抵抗
に接続され、エミッタが幾つかの直列ダイオードを介し
て共通接点に接続されたトランジスタを有し、この共通
接点は更に抵抗を介してこのトランジスタのベースに接
続され制限手段を構成する。上記複数のダイオードは第
１及び第３の制御信号に制御されてバイパスされる。

この保護回路は集積回路で消費される電流を送受話器
をフックオフしてから250ミリ秒に亘って第１の値（120
ミリアンペア）に制限し、その後第２の値（60ミリアン
ペ）に制限するよう作用する。もしも電話線から発生し
た過電圧がかかると、追加の30ミリアンペアの電流制限
を行う前に100ミリ秒のタイムディレーを置く。本発明
によれば、このタイムディレーは250ミリ秒の第１の期
間が終了した時のみ開始されるので、100ミリ秒程度の
短かさでもよいが、一方従来の技術ではこの期間値は過
電圧がかかるとすべての場合に直ちに開始されたためタ
イムディレーを数秒程度としなければならなかった。

R2,R3,COMP1は第１の期間を決定する。COMP2は過電圧
がかかったことを検出する。COMP3,C3,SC1はタイムディ
レーを決定する。T4、D1,D2,D3,R6は電流制限手段を構
成する。又S1及びS2は制限電流の変更を制御する。

実施例 第２図において第１図と同じ素子については同様の符
号を付す。これに関連するのはすべて高圧段EHTの前段
に位置する電話交換器10と整流ブリッジRDの間の素子で
ある。

電話器の主たる機能（送信又は受信される音声信号の
処理，ダイアリング，種々の状態における電圧−電流の
レンジのセッティング）を果す集積回路CIは高圧段EHT
より給電され、キーボード又はダイアルCL,受話器のマ
イクロフォンMIC及び拡声スピーカHPに接続されてい
る。電話器セットの主な機能はこの集積回路の一部によ
って行なわれる。この部分は第２図において符号20が付
され、符号30で示された集積回路の他の部分より給電さ
れる。

高圧段EHTは、好ましくは以下のように構成される。
すなわち整流ブリッジの出力Ｈと集積回路CIの給電端子
Ｊとの間に設けられたレギュレータを構成するトランジ
スタT1,T2,T3を含む。

NPN型トランジスタT1は、エミッタが高圧段EHTの共通
接点NEに接続され、ベースは共通接点NBに接続され、コ
レクタはPNP型トランジスタT2のベースに接続されてい
る。トランジスタT2は、エミッタが共通接点NCに接続さ
れ、コレクタNPN型トランジスタT3のベースに接続され
ているとともに抵抗R1を通して接点NEと接続されてい
る。最後にトランジスタT3は、エミッタが接点NEに、コ
レクタは接点NCに接続されている。

接点NEは、３つのトランジスタT1,T2,T3によって構成
され一つの等価なトランジスタのエミッタと考えられ、
接点NBはそのベース、又接点NCはコレクタと考えられ
る。

接点NCは整流ブリッジの出力端子Ｈに接続され、接点
NEは集積回路の入力端子Ｊと接続されている。接点NBに
関しては、集積回路CIのもう一方の入力端子Ｋに接続さ
れている。

高圧段EHTの具体例の説明の最後に、接点NBは、並列
に接続されたコンデンサC1及び高抵抗R2によって整流ブ
リッジの出力端子Ｈと接続されている。

本発明になる第２の保護回路は、端子J,K及び集積回
路CIの主要部分の間に設けられ、集積回路CIの一部とな
っており、したがって従来のように外部の部品によって
構成されたものではない。

この保護回路は第１のコンデンサC2と、集積回路の給
電端子Ｊに供給電圧が発生した瞬間からこのコンデンサ
を充電する充電手段を有している。この充電手段は一端
がコンデンサC2の一方の端子に、他端が端子Ｊに接続さ
れた抵抗R3よりなり、コンデンサC2の他端は接地されて
いる。

抵抗R4はコンデンサC2に並列に接続され、端子Ｊに電
圧がかかっていない場合にコンデンサC2に負荷がかから
ないようにする。

コンデンサC2の第１の端子は、このコンデンサを端子
電圧が第１の閾値Vs1を越えた時に第１の制御信号を供
給する第１のコンパレータの一方の入力に接続されてい
る。

保護回路は、端子Ｊの電圧が端子Ｈ上の過電圧VSに対
応して閾値を越えた時に第２の制御信号を供給する第２
のコンパレータCOMP2を含む。このコンパレータCOMP2の
動作については後述する。

保護回路は更にコンデンサC3,このコンデンサの負荷
手段，及び第３の閾値を有する第３のコンパレータCOMP
3を含んでいる。

コンデンサC3は一方の端子が接地され、他端は、この
場合は電源SC1よりなる充電手段に接続されている。コ
ンパレータCOMP3の一つの入力はコンデンサC3の第２の
端子に接続され、コンデンサC3の端子間電圧が閾値Vs3
を越えた時に第３の制御信号を供給する。

コンパレータCOMP1の１つの出力はコンデンサC3に接
続され、コンデンサC1の充電が不充分で第１のコンパレ
ータCOMP1をトリガーすることができない間はコンデン
サC3の充電を防いでいる。

第２のコンパレータCOMP2の出力もまたコンデンサC3
に接続され、第２のコンパレータがトリガーされない
間、すなわち端子Ｈに過電圧がかかっていないときはこ
のコンデンサの充電を防いでいる。

最後に、第２の保護回路は高圧段EHTに流れる電流の
制限手段を有している。この制限手段は本質的にトラン
ジスタ，ダイオードそして抵抗を含む回路からなってお
り、端子J,K及び集積回路の他の部分との間に設けられ
ている。この制限手段は第１及び第３のコンパレータに
よって制御される。

図示した例では、制限手段はトランジスタT4,2つの抵
抗R5,R6及び３つのダイオードD1,D2,D3より構成されて
いる。

トランジスタT4のエミッタは直列に接続された３つの
ダイオードD1,D2,D3よりなる回路と接続され、この回路
は更に共通接点NDに接続される。集積回路の残りの他の
部分にはこの共通接点NDを通して電流が供給される。よ
り正確にいうと、ダイオードD1のアノードがトランジス
タT4のエミッタに、D3のカソードが接点NDに接続されて
いる。

トランジスタT4のコレクタは抵抗R5によって接点NBに
接続され、コンパレータCOMP2の入力はトランジスタT4
のコレクタに接続されている。トランジスタT4のベース
は接点NEに接続され、抵抗R6は接点NEとNDの間に接続さ
れている。

最後に、コンパレータCOMP1の出力によって制御され
るスイッチS1は、コンパレータCOMP1がトリガーされ第
１の制御信号を供給するとダイオードD2及びD3をバイパ
スする。第３のコンパレータCOMP3によって制御される
スイッチS2は、コンパレータCOMP3がトリガーされ第３
の制御信号を与えると３つの直列のダイオードD1,D2,D3
をバイパスする。

通常の動作条件で、もし電話回線上に過電圧がなけれ
ば、送受話器をフックオフすることによってスイッチK1
及びK2は閉成され、電話交換器からは端子Ｈに供給電圧
が入来する（呼び出した後に送受話器がフックオフされ
るならば呼び出し信号によって動作する別の部品を電話
交換器に付加することも可能である）。

送受話器のフックオフから直ちに続く状態では、電話
線に流れる平均電流は30ミリアンペアに達することが望
ましい。このため集積回路の端子Ｊ及びＫに接続された
電流制限手段によってピーク電流が低過ぎる値に制限さ
れないことが必要である。

この結果、望ましくは250ミリ秒である第１の期間
中、制限手段はピーク電流を120ミリアンペアに制限す
るよう作用する。この制限は抵抗R5,R6の値によって設
定される。スイッチS1及びS2は開成されている。この初
期状態の期間は時定数R3・C2及び閾値Vs1によって設定
される。この期間は250ミリ秒程度に選ばれ、この第１
の期間にたとえ送受話器をフックオフした瞬間に電話線
上に過電圧があったとしても、又、たとえこの第１の期
間内に過電圧が発生してもピーク電流は120ミリアンペ
アに制限されている。この期間中には120ミリアンペア
以下の制限は許されない。これは第１のコンパレータCO
MP1が250ミリ秒が経過する以前にはトリガーされないと
いう事実による。これによってコンデンサC3の充電は禁
止され、コンパレータCOMP3もトリガーされず、スイッ
チS1,S2は閉成されることはない。

第１の期間の終了時において、コンパレータCOMP1は
トリガーされ、スイッチS1は閉成され、ダイオードD2,D
3をバイパスする。これと同時にコンデンサC3の充電禁
止は解除される（しかし第２のコンパレータは、通常の
動作条件、すなわち、過電圧がない場合にはこの充電を
禁止する）。

ダイオードD2,D3がバイパスされると、抵抗R6の両端
電圧は必然的に低下する。実際、トランジスタT4の伝導
度は上昇して接点NBの電位は下がり、端子Ｊへの電流の
流入と抵抗R6に流れる電流は減少する。

故にダイオードD2及びD3をバイパスすることによって
回路で消費されるピーク電流は制限される。実際的な見
地から、もしトランジスタT4のエミッタ・ベース接合が
３つのダイオードの接合と同程度のサイズであるとすれ
ば２つのダイオードがバイパスされる時には最大電流は
半分に減少し、最後の１つもバイパスされる時には更に
もう半分に減少するだろう。

端子Ｈに過電圧がない時は250ミリ秒の第１の期間の
後約60ミリアンペアに制限される。

もしも電話回線上に過電圧が起こった場合には、コン
パレータCOMP2はそれを検出しコンデンサC3を充電させ
る。この充電は（例えば）約100ミリ秒間続き、この期
間の後第３のコンパレータCOMP3がトリガーされスイッ
チS2を閉成して電流の消費を、ピーク電流が上記の半分
の約30ミリアンペアである第３の値に制限する。

この制限は第１の250ミリ秒の期間が終了した後にの
み開始される期間の経過後になされることが理解される
だろう。もしもこの過電圧が第１の期間前又は第１の期
間中に起こると、第２の期間は第１の期間のあと直ちに
開始され、もしも過電圧がこれよりも後に起こると、第
２の期間は過電圧の発生後直ちに開始される。

第３図はバイポーラ素子を用いて構成したこの回路の
詳しい図示例を示している。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来技術の電話器回路の具体例を示す。 第２図は本発明になる電話器の保護回路のブロックダイ
アグラムを示す。 第３図は本発明の好ましい実施例による保護回路の詳し
い図を示す。 C1,C2,C3……コンデンサ、EHT……高圧段、R1〜R6……
抵抗、COMP1,COMP2,COMP3……コンパレータ、SC1……充
電手段、D1,D2,D3……ダイオード、S1,S2……スイッ
チ、T1,T2,T3,T4……トランジスタ、CI……集積回路。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１のコンデンサ（C2）及び、高圧段（EH
   T）の出力に接続され前記高圧段（EHT）の出力に発生す
   る電圧によって前記第１のコンデンサ（C2）を充電する
   第１のコンデンサ充電手段（R3）と、 前記第１のコンデンサ（C2）に接続され前記高圧段の出
   力における供給電圧の発生に続く第１の期間経過後第１
   の制御信号を発生する第１の閾値コンパレータ（COMP
   1）と、 前記高圧段の端子を介して過電圧の発生を検出し、第２
   の制御信号を供給する第２の閾値コンパレータ（COMP
   2）と、 第２のコンデンサ（C3）及び、該第２のコンデンサを充
   電し前記第１の制御信号及び第２の制御信号が発生され
   ないときは充電しない手段（SC1）と、 前記第２のコンデンサに接続され、前記第２のコンデン
   サの充電開始に続く第２の期間経過後に第３の制御信号
   を発生する第３の閾値コンパレータ（COMP3）と、 前記第１及び第３の制御信号を受け、前記第１の制御信
   号を受けている期間中は前記高圧段の出力電流を第１の
   値に制限し、前記第３の制御信号を受けている期間中は
   前記高圧段の出力電流を前記第１の値よりも低い第２の
   値に制限する高圧段出力電流制限手段（T4,D1,D2,D3,R
   6,S1,S2）とよりなり、 前記高圧段（EHT）を介して電話回線によって電流が供
   給される集積回路（CI）を保護するための電話器用保護
   回路。
2. 【請求項２】電話器に流れる電流を、送受話器の取り外
   しに続く第１の期間中には第１の値に制限し、第１の期
   間経過後には該第１の値よりも小さい第２の値に制限
   し、過電圧が第１の期間中に発生した場合には第１の期
   間に続く、或いは過電圧発生前に既に第１の期間が終了
   している場合にはこの過電圧の発生に続く、第２の期間
   経過後に該第２の値よりも小さい第３の値に制限する電
   話器用過電圧保護回路。