JPH0255525A - 過電圧保護回路 - Google Patents
過電圧保護回路Info
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
- H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04M—TELEPHONIC COMMUNICATION
- H04M3/00—Automatic or semi-automatic exchanges
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
体回路に関する。
共に通信システム内のその他の設備により生ずる過渡電
圧ザージからの外部電気エネルギーを搬送する。このよ
うな伝送線路に接続された電子装置たとえば電気通信装
置、コンピュータ及び計装装置を保護するように、伝統
的保護法では、避***、カーボンブロック、ヒユーズ、
熱線輪、MOV及びその他の形式のデバイス、又配線排
列等を使用している。これ等の方法は、現用の電子設備
に使われる固体回路に必要な十分なレベルの保護作用が
得られない。これ等の従来の方法は、応答が遅く、実施
に先だってクランプ電圧以上の著しい電圧スパイクを生
じさせ、電圧オーバシュドを伴う。
る保護回路のように、半導体素子を備えた保護回路も開
発されている。しかしこのような回路は、これ等が過度
の物理的空間を占める高価な多数の部品を必要とするの
で、満足の得られないことが分っている。他の保護回路
ではRCA社のサージエクタ(Su、rjector
)のようなN形シリコン材料に形成した単一の固体スイ
ッチを使っている。
図に正の傾斜を生ずる。このような保護回路+d、
これがオン状態になるまでに付加的なエネルギ゛−を散
逸する。電圧オーバシュートは、このデバイスにより保
護しようとする過渡状態の速度に従って、たとえば5な
いし15V又はそれ以上である。
作用を生じ、スイッチング動作中に比較的低い電力散逸
を生ずる過電圧保護回路が必要になっている。さらに高
いザージ電流容量は保持しながら部品所要数を減少し物
理的寸法を縮小した経済的な過電圧保護回路が必要にな
っている。
られる。この回路は、第1及び第2の端子を持つ第1の
2方向性電圧高感度スイッチ(bidirection
al voltage 5ensitive 5w1t
ch )を備えている。その第1の端子は第1の線たと
えばチップ線に接続しである。第2の2方向性電圧高感
度スイッチが設けられ、第1及び第2の端子金偏えてい
る。この第1の端子は第1の電圧高感度スイッチの第2
端子に接続しである。又第2のスイッチの第2の端子は
第2の線たとえばリング線に接続しである。さらに第1
及び第2の端子を持つ第5の2方向性電圧高感度スイッ
チを設けである。この第5の電圧高感度スイッチの第1
の端子は、第1の電圧高感度スイッチの第2の端子と、
第2の電圧高感度スイッチの第1の端子とに接続しであ
る。第3の電圧高感度スイッチの第2の端子は地電位に
接続しである。前記各電圧高感度スイッチは、それぞれ
の電圧しきい値を越えると導通する。第1及び第5の電
圧高感度スイッチの電圧しきい値の和は、第2及び第5
の電圧高感度スイッチの電圧しきい値の和にほぼ等しく
て、第1及び第5の電圧高感度スイッチ又は第2及び第
5の電圧高感度スイッチの各しきい値のいずれかを越え
たときに回路が導通するようになる。
接地)の保持電流は、第1又は第2の電圧高感度スイッ
チの保持電流より低い。この実施例では第5のスイッチ
がまずオン状態になり、次いて第1及び第2のスイッチ
が一緒にオン状態になり、スイッチング中に各線を平衡
状態に保持する。
グ線及びアース内との少なくとも1個の電圧高感度スイ
ッチは、P形シリコン材料で形成され、ブレークオーバ
電圧を越えた後電流の増加に伴い負の傾斜特性を持つ。
電圧高感度スイッチをチップ線に接続すると共に電圧高
感度スイッチをリング線に接続し、又は3側音部の電圧
高感度スイッチiP形材料で形成する。この保護回路の
組合せのスイッチは、連続交流回路でスイッチング電力
損失が低く、又「漏洩」電流が保持電流より弱くてもこ
の漏洩電流を安全にアースに導く所望の特性を持つ。「
漏洩」電流とは、デバイスがオン状態になるのに先だっ
て保護装置により逃げる又は通過する高電圧の電流のこ
とである。
いて電子装置10は、チップ(T)線12゜18とリン
グ(R)線14,20ffi介して保護回路13に接続
しである。電子装置10は、たとえば中央局、電話機、
端末又はその他の局デバイスのような電気通信装置から
成っている。電子装置10は又たとえばコンピュータ及
び計装装置でもよい。保護回路13は伝送線路のチップ
線18及びリング線20に接続しである。保護回路13
は又地電位すなわち接地線22に接続しである。電子装
置10ばこのようにして、チップ線18及びリング線2
0の故障又は過渡電圧サージに基づく外部電気エネルギ
ーから保護される。
) 30132 t 34を備えた保護回路13を示す
。電圧高感度スイッチ30はチップ線12゜18に配置
され、電圧高感度スイッチ32はリング線14,20に
配置され、そして電圧高感度スイッチ34は接地線22
に配置しである。回路13を正規の電話線路に応用する
際には、スイッチ34は導通を開始するのに少なくとも
正規の直流蓄電池電圧52V’を必要とする。保護回路
13は、それぞれチップ線及びリンク線内の電圧高感度
スイッチ30.32のいずれかがアースに通ずると、チ
ップ線又はリング線の他方の側が同じくアースに通ずる
ので、平衡保護システムを生成する。初めに接地してな
いチップ線又はリング線の電圧が他方のチップ線又はリ
ング線の残りの阻止電圧を越えていれば、保護回路13
は、接地線に対するチップ線又はリング線の電圧を越え
るときはつねにチップ線及びリング線の両方で接地線に
通ずるようになる。保護回路13のこの平衡した状態に
より、電子設備10に損傷を生ずるチップ線及びリング
線間の差動電圧を防ぐ。チップ線又はリング線の外部電
気エネルギーはこれにより、電子装置10に影響を及ぼ
すよりも散逸する。チップ線及びリング線では共に8μ
sec内に平衡スイッチング作用が生ずる。
キサス州アーピンクのテラカー・エレクトロニクス・イ
ンコーホレイテッド(TeccorElectroni
cs、 工nc、 )製のP2乙53A型サイダック(
5idac )により構成しである。さらに電圧高感度
スイッチ30,32.34はたとえば、トライアック及
びシリコン制御整流器ブリッジを備えトライアックの電
圧しきい値をツェナーダイオードにより制御するように
しである。
リング線からアースへの回路との中の電圧高感度スイッ
チ30,32.34の少なくとも1つは、ブレークオー
バ電圧を越えた後電流の増加に伴い負の傾斜を生ずる特
性を備えたP形半導体材料から作る。この実施例では、
米国特許第4.408,248号明細書に示しであるよ
うにデバイスの劣化を伴わないで又はサーキットリをさ
らに加えないで、現在の市場の設計より低いスイッチン
グ電流が認められデバイスに交流漏洩電流を地絡する能
力をデバイスに与える。
うなP形半導体材料で作られる。別の例ではチップ電圧
高感度スイッチ30及びリング電圧高感度スイッチ32
はP形半導体材料で作り、又は3側音部の電圧高感度ス
イッチ30,32゜34をこのような材料で作ってもよ
い。電流を地絡する線内の2個のスイッチの組合せのブ
レークオーバは、相手の電圧高感度スイッチは正の傾斜
を持っていても、適正なP形チップを選定することによ
りVBOk越えた後電流の増大に伴い負の傾斜を示す。
組合せのしきい値電圧と、電圧高感度スイッチ32及び
電圧高感度スイッチ340組合せのしきい値電圧とは、
互いにほぼ等しく所定の仕様に対して選定する。1例と
して各スイッチ30゜32.34は、±110vのVB
oを持つ6個のサイダックであり、従ってチップ及びア
ースとリング及びアースとの間には±220vのVBO
が存在する。チップからアースへとリングからアースへ
との筒径路内の少なくとも1個の電圧高感度スイッチは
、その他方のスイッチより弱くて所定の仕様に対して選
定した保持電流を持つ。
流は、電圧高感度スイッチ30及び電圧高感度スイッチ
32の保持電流より低くて、電圧高感度スイッチ34が
先ず導通し、従ってスイッチング中に両電圧高感度スイ
ッチ30.32が緒に導通しチップ線及びリング線を平
衡状態に保持するようにしである。このような実施例で
は平衡スイッチング動作は0.5μS e C内に生ず
る。電圧高感度スイッチ34の保持電流はたとえば20
mA mpsである。この実施例の別の変型では線から
アースへの線路内の電圧高感度スイッチ30゜32.3
4の少なくとも1つはシリコンのようなP形半導体材料
から作られ、接地回路への回線内の2個のスイッチの複
合のブレークオーバ電圧は、前記したようにVBOを越
えた後電流の増加に伴い負の傾斜を生ずる特性を示す。
O−92、TO−202、To−220、T O−21
8又はTO−22OAのような単一の6本す−ド線イ」
きプラスチックパッケージ内に納めである。各電圧高感
度スイッチ30,32゜34間の相互接続線はこのパッ
ケージの内部にあり、そして6本のリード線は、チップ
線、リング線及接地線に対する相互接続線を構成する。
サイダックチップを使った3エレメント保護回路13の
1実施例のチップ線チップ又はリング線チップの電流−
電圧線図を示す。チップ線及びリング線の各サイダック
チップは、比較的高いよりたとえば乙Oロミルを持ち、
±100Vの電圧を阻止し、10OAの10X1000
μsの最高サージを通す能力を持つ。
からアース、リング線からアース又チップ線からリング
線の間に±220Vの電圧降下が生ずるように接続した
6個の±110■のチップが得られる。各サイダックチ
ップは、印加電圧が±22DVを越えたときに接地脚内
のチップが確実に第1にオン状態になるように前もって
定める。
及び各リング線14.20の両方に共通の電位が10口
Vに低下する。チップ線及びリング線は共に100Vを
越えているから、各サイダック・チップは互いに導通し
始めて、電圧を零Vに低下させチップ回路及びリング回
路間に平衡状態を保持する。
に示した前記の電流−電圧線図を持つサイダックを備え
だろエレメント、保護回路の1実施例の接地脚に設けた
電圧高感度スイッチ34のサイダック・チップを示す。
線の両スイッチ30.32が共にオン状態になる際に2
回の定格サージすなわち100Aを2回生ずることが必
要である。電圧高感度スイッチ34内のサイダック・チ
ップに対する工りは、チップ線又はリング線のサイダッ
ク・チップのIhよりは低いが、若干の所定の適用たと
えば150ミルのIhに適応するように十分高くなけれ
ばならない。
る3工レメント保護回路13のチップ線からアース捷で
とリング線からアースまでとの電流−電圧線図を示す。
グ線の両方の動作過電圧(5w1tcbj、ng vo
lt、age )たとえば110Vを表わす。BからC
までは接地線における動作過電圧たとえば110vであ
る。AからCまでは、チップ線対アースの士電圧又はリ
ング線対アースの±電圧を計測した。組合せの3工レメ
ント回路の動作過電圧220vである。
スイッチング電流150ミルであり、前記したように適
正なP形チップ片を選定することに基づく負の傾斜を示
す。DからE−iでは、接地チップのスイッチ34がオ
ン状態になったときのチップ線回路及びリング線回路の
両方における電圧降下である。
度スイッチ30.32のスイッチング電流60口ミルで
あり、又適正なP形チップを選定することに基づく負の
傾斜を示す。FからG′!では、各線内で全部のサイダ
ック・チップがオン状態になシ地電位に達したときの電
圧降下である。
ジを導く際にわずかに増加する電圧である。
れると、電圧−電流径路はAX C,D。
は、電流−電圧径路ばHX G1 FX EX DlC
,Aの順に進む。
13の実施例の260Vのわずかが過電圧に対する電流
−電圧の反応を示す。ピーク電圧に達する前の20Vで
は、チップ線0ば210Vであり又リング線0は130
vである。リング線はこの線に−48ないし一52Vの
直流電圧を持つ。この点でば220Vのブレークオーバ
電圧Cに達していないので、電流は流れない。
これがオン状態になると径路C−D−Eに迅速に追従す
る。このときには利用できる電流に従ってチップ線lは
EからFに移行する。チップ線’ff1Ft過ぎて駆動
するのに十分な電流を利用できればチップ線チップがオ
ン状態fなる。このときにはリング線は、これに短絡し
た接地チップがA−B−F−C)−Hにより仕切られた
リング線内のチップにより阻止されるだけであるから、
170vまでは増大しない。電圧は110VのA−B電
圧以上であるから、リング線電圧はBまで降下し、電流
はBまで増し次いでB−F間のリング線10点まで移行
し、利用できる電流に従ってB−F−G−H線に追従す
る。
図ないし第5図に例示した前記の回路13の実施例に対
する電流−電圧線図を示す。チップ線2及びリング線2
は共に径路EからFに沿い移行し、FからGに切替え、
次いでGからHに移行する。電流サージが過ぎると、リ
ング線及びチップ線の両方の電圧は径路H−()−F−
D−Cに沿ってもとに戻り、そして5側音部のサイダッ
ク・チップがサージからもとの状態になると、チップ線
及びリンク線は共に阻止モードになる。
ムを生成して、チップ線又はリング線のいずれかがアー
スに通ずると、このチップ線又はリング線の他方も又ア
ースに通ずるようにしである。本保護回路は、前記した
ようなP形材料で作ったときに製造の経済性は保ちなが
ら、低レベルで成る程度の交流保護作用を生ずる。
明はなおその精神を逸脱しないで種種の変化変型を行う
ことができるのはもちろんである。
護回路の1実施例のブロック線図、第2図は第1図の保
護回路のブロック線図、第5図は本発明の1実施例のチ
ップ線又はリング線内に使うサイダックの電流対電圧線
図、第4図は本発明の1実施例の接地線内に使うサイダ
ックの電流対電圧の線図、第5図は6個のサイダックを
使う本発明の1実施例の組合せの電流−電圧線図、第5
A及び第5B図はわずかな過電圧に対する本発明の1実
施例の反応を示す電流−電圧線図、第7図は大電流サー
ジに対する本発明の1実施例の反応を示す電流−電圧線
図である。 10・・・電子装置、12・・・チップ線、14・・リ
ング線、13・・・保護回路、18・・・チップ線、2
0・・・リング線、22・・・接地線、30,32,3
4・・・電圧高感度スイッチ、
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、チップ線及びリング線を持つ電子装置用の過電圧保
護回路において、 前記チップ線に接続した第1の端子と、第2の端子と、
電圧しきい値レベルと、保持電流とを持つ第1の電圧高
感度スイッチと、 この第1の電圧高感度スイッチの前記第2の端子に接続
した第1の端子と、前記リング線に接続した第2の端子
と、電圧しきい値レベルと、保持電流とを持つ第2の電
圧高感度スイッチと、前記第1の電圧高感度スイッチの
前記第2の端子及び前記第2の電圧高感度スイッチの前
記第1の端子に接続した第1の端子と、地電位に接続し
た第2の端子と、電圧しきい値レベルと、保持電流とを
持つ第5の電圧高感度スイッチとを備え、前記電圧高感
度スイッチが、それぞれ電圧しきい値レベルを越えたと
きに、導通状態になり、前記第1の電圧高感度スイッチ
と前記第3の電圧高感度スイッチの各電圧しきい値レベ
ルの和を、前記第2の電圧高感度スイッチと前記第3の
電圧高感度スイッチの各電圧しきい値レベルの和にほぼ
等しくすることにより、前記第1及び第3の電圧高感度
スイッチ又は前記第2及び第3の電圧高感度スイッチの
いずれかの電圧しきい値レベルを越えたときに回路導通
状態になるようにした過電圧保護回路。 2、前記各電圧高感度スイッチに、これ等の各電圧高感
度スイッチの電圧しきい値レベルを制御するように、そ
れぞれツェナーダイオードを持つ複数個のトライアツク
を設けた請求項1記載の過電圧保護回路。 3、前記チップ線からアースへの回路と、前記リング線
からアースへの回路との中の前記電圧高感度スイッチの
うちの少なくとも1つをP形半導体材料により構成した
請求項1記載の過電圧保護回路。 4、前記第3の電圧高感度スイッチの保持電流を、前記
第1又は第2の電圧高感度スイッチのうちのいずれかの
保持電流より低くした請求項1記載の過電圧保護回路。 5、前記第3の電圧高感度スイッチの保持電流を、前記
第1又は第2の電圧高感度スイッチのうちのいずれかの
保持電流より低くした請求項3記載の過電圧保護回路。 6、前記電圧高感度スイッチを、前記第1の電圧高感度
スイッチの前記第1の端子と、前記第2の電圧高感度ス
イッチの前記第2の端子と、前記第3の電圧高感度スイ
ッチの前記第2の端子とから成る3個の端子を持つ単一
のハウジング内に配置した請求項1記載の過電圧保護回
路。 7、前記第3の電圧高感度スイッチが、導通状態になる
ためにリング線に少なくとも正規のDC電池電圧を必要
とする請求項1記載の過電圧保護回路。 8、3個の2方向性電圧高感度固体スイッチを備え、こ
れ等の電圧高感度固体スイッチが、或る電圧しきい値を
越えたときに、導通状態にし、前記電圧高感度固体スイ
ッチを、第1の線内の第1のスイッチと、第2の線内の
第2のスイッチと、地電位と前記第1及び第2のスイッ
チ間の共通の接続点との間に接続した第3のスイッチと
に相互に接続し、前記第1及び第3のスイッチの組合せ
の動作過電圧を、前記第2及び第3のスイッチの組合せ
の動作過電圧にほぼ等しくすることにより、前記第1の
線又は第2の線のアースに対する電圧が前記しきい値レ
ベルを越えそして他の線のアースに対する電圧が前記他
の線の残りの阻止電圧を越えるときに、前記第1の線か
らアースへと、前記第2の線からアースへとの両方にお
いて回路導通状態になることによつて、平衡電圧保護回
路が得られるようにした、電子装置用過渡電圧保護固体
回路。 9、伝送線路に接続した電子装置に対し過渡サージ保護
を行なう、単一のパッケージ内に納めた3エレメント式
過電圧保護固定回路において、それぞれの第1の端子を
相互に接続し、それぞれの第2の端子を、保護しようと
する電子装置への前記伝送線路に接続するのに利用でき
るようにした第1及び第2のサイダツクと、 前記第1及び第2のサイダツクを相互に接続する各端子
に接続された第1の端子と、接地接続した第2の端子と
を持つ第3のサイダツクと を備え、前記サイダツクが、所定のブレークオーバ電圧
及び保持電流定格を持つことにより、前記サイダツクが
、所定のレベルを越える過渡電圧をアースに導き、前記
電子装置を保護するようにした3エレメント式過電圧保
護固定回路。 10、前記第1及び第3のサイダツクのブレークオーバ
電圧の和を、前記第2及び第3のブレークオーバ電圧の
和にほぼ等しくすることにより、いずれかの伝送線路の
電圧レベルが同じ電圧レベルを越えるときに、アースへ
の保護回路導通が生ずるようにした請求項9記載の3エ
レメント式過電圧保護回路。 11、前記第3のサイダツクの保持電流を、前記第1及
び第2のサイダツクの保持電流より低くした請求項10
記載の3エレメント式過電圧保護回路。 12、前記第3のサイダツクを、P形シリコン材料で作
り、前記第1及び第3のサイダツクの回路又は第2及び
第3のサイダツクの回路に対し、電流がブレークオーバ
電圧を過ぎて増すに伴い電流−電圧線図で負の傾斜を生
ずる特性を持つようにした請求項9記載の3エレメント
式過電圧保護回路。 13、前記3個のサイダツクのうちの少なくとも2個を
、P形シリコン材料で作り、前記第1及び第3のサイダ
ツクの回路又は前記第2及び第3のサイダツクの回路に
対し、電流がブレークオーバ電圧を過ぎて増すに伴い電
流−電圧線図で負の傾斜を生ずる特性を持つようにした
請求項9記載の3エレメント式過電圧保護回路。
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