CH667960A5

CH667960A5 - DEVICE FOR PROTECTING ELECTRICAL CIRCUITS.

Info

Publication number: CH667960A5
Application number: CH577/85A
Authority: CH
Inventors: Niyazi Dr Ari; Diethard Dr Hansen
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1985-02-08
Filing date: 1985-02-08
Publication date: 1988-11-15
Also published as: NO855381L; EP0194424A1; JPS61287101A

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a device according to the preamble of claim 1.

Eine solche Vorrichtung schützt elektrische Schaltungen zwar gegen Störungen, die von elektromagnetischen Feldern verursacht werden, nicht jedoch gegen Störungen, die über die Anschluss- oder Versorgungsleitungen in das Gehäuse eindringen können, d.h. gegen sogenannte leitungsgebundene Störungen. Zwar werden elektrische Schaltungen beinahe standard-mässig durch Zener-Dioden gegen leitungsgebundene Störungen, insbesondere Überspannungen, geschützt, doch sind diese in der Regel innerhalb des Gehäuses angeordnet. Die Störungen können deshalb bis ins Innere des Abschirmgehäuses vordringen und dort, selbst bei vorschriftsmässigem Ansprechen der Zener-Dioden, bei entsprechender Amplitude durch Überkopplung erhebliche Schäden anrichten. Besonders im Fall eines nuklearen elektro-magnetischen Pulses (NEMP) ist mit solchen Amplituden zu rechnen. Um elektrische Schaltungen NEMP-si-cher zu machen, muss verhindert werden, dass die Störungen überhaupt ins Innere des Abschirmgehäuses vordringen können. Such a device protects electrical circuits against interference caused by electromagnetic fields, but not against interference that can penetrate into the housing via the connecting or supply lines, i.e. against so-called line-related interference. Almost as standard, electrical circuits are protected against conducted interference, in particular overvoltages, by Zener diodes, but these are usually arranged inside the housing. The disturbances can therefore penetrate into the inside of the shielding housing and, even if the Zener diodes respond correctly, can cause considerable damage by coupling if the amplitude is appropriate. Such amplitudes can be expected particularly in the case of a nuclear electro-magnetic pulse (NEMP). In order to make electrical circuits NEMP-safe, it must be prevented that the interference can penetrate into the inside of the shielding housing.

Die Erfindung, wie sie im Anspruch 1 gekennzeichnet ist, The invention as characterized in claim 1

löst die Aufgabe, das Eindringen von leitungsgebundenen Störungen in das Abschirmgehäuse auf eine technisch einfache, rationelle und deshalb kostengünstige Art und Weise zu verhindern. solves the task of preventing the penetration of wired interference into the shielding housing in a technically simple, rational and therefore inexpensive manner.

Die Vorteile der Erfindung sind im wesentlichen darin zu sehen, dass die leitungsgebundenen Störungen, bevor sie in das Abschirmgehäuse eindringen können, auf dieses abgeleitet werden. Die Anordnung der Überspannungsabieiter in der Steckverbindung hat den Vorteil, dass es keinen Leitungsabschnitt ausserhalb des Abschirmgehäuses gibt, in den Störungen über elektromagnetische Felder eingekoppelt werden können. Die er-findungsgemässe Ausbildung der Steckverbindung hinsichtlich ihrer Polzahl sowie der Funktionszuordnung der einzelnen Pole weist den besonderen Vorteil auf, dass für eine Vielzahl von verschiedenen elektrischen Schaltungen eine einzige Art von-Steckverbindung universell verwendbar ist. Eine Anpassung der Steckverbindung an die jeweiligs spezielle elektrische Schaltung, insbesondere eine jeweils besondere Dimensionierung der Über-spannungsableiter, ist somit nicht erforderlich. Bereits vorhandene elektrische Schaltungen können deshalb auch, ohne dass man sich um ihren inneren Aufbau kümmern muss, nachträglich noch gegen leitungsgebundene Störungen gesichert werden. The advantages of the invention are essentially to be seen in the fact that the conducted interference is diverted to the shielding housing before it can penetrate it. The arrangement of the surge arresters in the plug-in connection has the advantage that there is no line section outside the shielding housing in which interference can be coupled in via electromagnetic fields. The inventive design of the plug connection with regard to its number of poles and the function assignment of the individual poles has the particular advantage that a single type of plug connection can be used universally for a large number of different electrical circuits. It is therefore not necessary to adapt the plug connection to the particular electrical circuit, in particular to dimension the surge arrester in each case. Existing electrical circuits can therefore also be retrospectively protected against wired interference without having to worry about their internal structure.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet. Advantageous embodiments of the invention are characterized in the dependent claims.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. The invention is explained in more detail below with reference to the drawing.

Es zeigt: It shows:

Fig. 1 einen Schnitt durch die erfindungsgemässe Vorrichtung und Fig. 1 shows a section through the inventive device and

Fig. 2 einen Schnitt durch den vom Abschirmgehäuse lösbaren Teil der Steckverbindung entlang der in Fig. 1 eingezeichneten Schnittlinie A-A. Fig. 2 shows a section through the part of the plug connection detachable from the shielding housing along the section line A-A shown in Fig. 1.

In Fig. 1 ist mit 1 eine Leiterplatte bezeichnet, die in nicht näher dargestellter Weise Träger einer elektrischen Schaltung ist. Die Leiterplatte 1 ist in einem elektrisch leitenden Abschirmgehäuse 2 eingeschlossen. Die Anschluss- und Versorgungsleitungen 3 für die auf der Leiterplatte 1 montierte elektrische Schaltung, von denen in Fig. 1 eine Anzahl von 8 dargestellt ist, sind über eine mehrpolige Steckverbindung 4 durch die Wand des Abschirmgehäuses 2 geführt. Die Steckverbindung 4 weist einen ersten, fest in die Wand des Abschirmgehäuses 2 montierten Teil 4.1 sowie einen zweiten, vom Abschirmgehäuse lösbaren Teil 4.2 auf. Letzterer kann, wie in Fig. 1 dargestellt, Kontaktstifte 4.2.1 enthalten, die in entsprechende Buchsen 4.1.1. des festen Teils der Steckverbindung 4.1 einsteckbar sind. Die Kontaktstifte und Buchsen können jedoch auch im jeweils anderen Teil der Steckverbindung 4 angeordnet sein. In dem vom Abschirmgehäuse 2 lösbaren Teil der Steckverbindung 4.2 sind die Anschluss- und Versorgungsleitungen 3 über Überspannungsabieiter 4.2.3 gegen einen gemeinsamen Kontakt 4.2.4 geschaltet. Dieser ist vorzugsweise als äussere leitende Abschirmung des lösbaren Teils der Steckverbindung 4.2 sowie der Anschluss- und Versorgungsleitungen 3 ausgebildet und steht im aufgesteckten Zustand des lösbaren Teils der Steckverbindung 4.2 auf den festen Teil der Steckverbindung 4.1 mit dem Abschirmgehäuse 2 in gut leitender Verbindung. Eine gut leitende Verbindung des Kontaktes 4.2.4 zum Abschirmgehäuse 2 kann beispielsweise durch entsprechend gross ausgebildete Kontaktflächen des Kontaktes 4.2.4 am Gehäuse 2 erreicht werden. In Fig. 1, 1 denotes a circuit board which is a carrier of an electrical circuit in a manner not shown. The circuit board 1 is enclosed in an electrically conductive shield housing 2. The connection and supply lines 3 for the electrical circuit mounted on the printed circuit board 1, of which a number of 8 is shown in FIG. 1, are led through the wall of the shielding housing 2 via a multipole plug connection 4. The plug connection 4 has a first part 4.1, which is fixedly mounted in the wall of the shielding housing 2, and a second part 4.2, which can be detached from the shielding housing. The latter can, as shown in Fig. 1, contain contact pins 4.2.1, which in corresponding sockets 4.1.1. the fixed part of the connector 4.1 can be inserted. However, the contact pins and sockets can also be arranged in the other part of the plug connection 4. In the part of the connector 4.2 that can be detached from the shielding housing 2, the connection and supply lines 3 are connected via a surge arrester 4.2.3 to a common contact 4.2.4. This is preferably designed as an outer conductive shield of the detachable part of the connector 4.2 and the connection and supply lines 3 and is in the plugged-in state of the detachable part of the connector 4.2 on the fixed part of the connector 4.1 with the shield housing 2 in a well-conductive connection. A good conductive connection of the contact 4.2.4 to the shielding housing 2 can be achieved, for example, by correspondingly large contact surfaces of the contact 4.2.4 on the housing 2.

Als Überspannungsabieiter 4.2.3 werden bevorzugt ZnO-Varistoren verwendet. In diesem Falle können die Anschluss- und Versorgungsleitungen 3, wie in Fig. 2 in einem Schnitt durch den lösbaren Teil der Steckverbindung 4.2 entlang der Schnittlinie A-A dargestellt, einfach durch ZnO-Scheiben durchgeführt sein, welche in Verbindung mit dem gemeinsamen Kontakt 4.2.4 stehen. Die Dicke d der ZnO-Schicht zwischen den Anschluss- und Versorgungsleitungen 3 und dem gemeinsamen Kontakt 4.2.4 bestimmt dann jeweils die Ansprechschwelle, ZnO varistors are preferably used as surge arresters 4.2.3. In this case, the connection and supply lines 3, as shown in FIG. 2 in a section through the detachable part of the plug connection 4.2 along the section line AA, can simply be carried out by ZnO disks, which in connection with the common contact 4.2.4 stand. The thickness d of the ZnO layer between the connection and supply lines 3 and the common contact 4.2.4 then determines the response threshold,

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

667 960 667 960

d.h. das Schutzniveau des Varistors. Die einzelnen ZnO-Schei-ben können in einem nicht leitenden Material 4.2.5 eingebettet und dadurch mechanisch gehaltert und gegeneinander elektrisch isoliert sein. i.e. the protection level of the varistor. The individual ZnO disks can be embedded in a non-conductive material 4.2.5 and thus mechanically held and electrically insulated from one another.

Anstelle von ZnO-Varistoren können als Überspannungsabieiter auch schnelle Zener-Dioden verwendet werden, d.h. solche, die innerhalb weniger ns schalten. Instead of ZnO varistors, fast Zener diodes can also be used as surge arresters, i.e. those that switch within a few ns.

Erreicht die Spannung auf irgendeiner der Anschluss- oder Versorgungsleitungen 3 das Ansprechniveau des jeweiligen Überspannungsabieiters 4.2.3, so geht dieser in leitenden Zustand über und begrenzt die Spannung durch Stromableitung auf den gemeinsamen Kontakt 4.2.4 und von dort auf das Abschirmgehäuse 2. Überspannungen, die auf den Anschluss- und Versorgungsleitungen 3 durch eine äussere Störung verursacht werden, können somit in das Innere des Abschirmgehäuses 2 zur elektrischen Schaltung nicht vordringen. Andererseits werden durch die Überspannungsabieiter 4.2.3 natürlich auch solche Überspannungen begrenzt, die ihre Ursache innerhalb des Abschirmgehäuses 2 haben. Die elektrische Schaltung 1 kann deshalb für andere Schaltungen, die mit ihr über die Anschluss-und Versorgungsleitungen 3 verbunden sind keine Quelle von Überspannungen sein. If the voltage on any one of the connecting or supply lines 3 reaches the response level of the respective surge arrester 4.2.3, it switches to the conductive state and limits the voltage by current dissipation to the common contact 4.2.4 and from there to the shielding housing 2. Overvoltages, that are caused on the connection and supply lines 3 by an external disturbance cannot penetrate into the interior of the shielding housing 2 for the electrical circuit. On the other hand, the overvoltage arresters 4.2.3 naturally also limit those overvoltages that have their cause within the shielding housing 2. The electrical circuit 1 can therefore not be a source of overvoltages for other circuits which are connected to it via the connection and supply lines 3.

Um die in den Figuren dargestellte Vorrichtung für eine vorgebbare Anzahl von verschiedenen elektrischen Schaltungen mit jeweils unterschiedlich vielen und auch von ihrer Art her unterschiedlichen Anschluss- und Versorgungsleitungen 3 unverändert verwenden zu können, ist erforderlich, die Steckverbindung 4 zu normieren. Als typische unterschiedliche Leitungsarten können Energieversorgungsleitungen mit Spannungen von 6 bis 220 V und Datenanschlussleitungen z.B. für TTL-Signale genannt werden. In Fig. 1 sind mit 3.1 zwei Energieversorgungsleitungen und mit 3.2 und 3.3 jeweils Datenleitungen bezeichnet, von denen die Datenleitungen 3.2 beispielsweise Dateneingangsleitungen und die Datenleitungen 3.3 Datenausgangsleitungen sein können. Zumindest für die Energieversorgungsleitungen 3.1 einerseits und die Datenleitungen 3.2 und 3.3 andererseits ist in der Regel ein unterschiedliches Ansprechniveau der Überspannungsabieiter 4.2.3 erforderlich. Im Bereich der Dateneingangsleitungen 3.2 und Datenausgangsleitungen 3.3 sind in Fig. 1 jeweils zwei Pole der Steckverbindung 4 nicht angeschlossen. Diese überschüssigen Pole können jedoch bei der Kontaktierung einer anderen elektrischen Schaltung, als der im Beispiel von Fig. 1, Verwendung finden. Sie werden 5 zweckmässigerweise mit dem gemeinsamen Kontakt 4.2.4 verbunden und können so dazu beitragen, ein Überlappen zwischen den ihnen benachbarten Polen zu verhindern. In order to be able to use the device shown in the figures unchanged for a predeterminable number of different electrical circuits, each with a different number and also different connection and supply lines 3 in terms of their type, it is necessary to standardize the plug connection 4. Typical different types of cables are energy supply cables with voltages from 6 to 220 V and data connection cables e.g. for TTL signals. In FIG. 1, 3.1 denotes two power supply lines and 3.2 and 3.3 data lines, of which the data lines 3.2 can be, for example, data input lines and the data lines 3.3 can be data output lines. At least for the power supply lines 3.1 on the one hand and the data lines 3.2 and 3.3 on the other hand, a different response level of the surge arresters 4.2.3 is generally required. In the area of the data input lines 3.2 and data output lines 3.3, two poles of the plug connection 4 are not connected in FIG. 1. However, these excess poles can be used when contacting an electrical circuit other than that in the example in FIG. 1. They are expediently connected to the common contact 4.2.4 and can thus help to prevent an overlap between the poles adjacent to them.

Für jede Leitungsart sind in der Steckverbindung 4 soviel Pole vorzusehen, wie unter allen vorgegebenen Schaltungen die io Schaltung mit den meisten Leitungen dieser Art Leitungen dieser Art aufweist. Insgesamt muss daher die Steckverbindung 4 mindestens soviel Pole aufweisen, wie bei der vorgegebenen Anzahl von verschiedenen elektrischen Schaltungen die Vereinigungsmenge aller Anschluss- und Versorgungsleitungen 3 Ele-15 mente beinhaltet, die sich hinsichtlich ihrer Art, insbesondere der auf ihn zulässigen Spannungsamplitude, voneinander unterscheiden. Die Normung der Steckverbindung 4 wird zweckmässigerweise dadurch vervollständigt, dass für alle vorgegebenen Schaltungen die einzelnen Leitungsarten festen Polen bzw. Pol-20 gruppen der Steckverbindung 4 zugeordnet und die Überspannungsabieiter 4.2.3 dem gewünschten Schutzniveau der einzelnen Leitungsarten angepasst werden. As many poles are to be provided in the plug connection 4 for each type of line as the io circuit with most lines of this type has lines of this type under all the given circuits. Overall, the plug-in connection 4 must therefore have at least as many poles as the number of unions of all connection and supply lines 3 contains elements in the given number of different electrical circuits, which differ from one another in terms of their type, in particular the voltage amplitude permissible on them. The standardization of the plug connection 4 is expediently completed by assigning the individual line types to fixed poles or pole groups of the plug connection 4 for all predetermined circuits and adapting the surge arresters 4.2.3 to the desired protection level of the individual line types.

Die Steckverbindung kann auch in mehrere Teileinheiten untergliedert sein, die jeweils an eine bestimmte Leitungsart 25 hinsichtlich der Überspannungsabieiter 4.2.3 angepasst sind. Die Untergliederung kann auch derart erfolgen, dass in den einzelnen Teilen der Steckverbindung bestimmte Funktionsgruppen von Leitungen, wie z.B. nur Eingangs- oder nur Ausgangsleitungen, zusammengefasst sind. The plug connection can also be subdivided into a plurality of subunits, each of which is adapted to a specific type of line 25 with regard to the surge arresters 4.2.3. The breakdown can also be such that certain functional groups of lines, such as e.g. only input or only output lines are combined.

30 Neben den Überspannungsableitern 4.2.3 können in die Steckverbindung 4 noch andere elektrische Filterelemente wie Kapazitäten, Induktivitäten oder ohmsche Widerstände eingebaut werden um auch transiente Störungen sowie sinusförmige Spannungen mit Amplituden unterhalb der Ansprechspannung 35 der Überspannungsabieiter 4.2.3 auf den gemeinsamen Kontakt 4.2.4 und das Abschirmgehäuse 2 abzuleiten. Auch diese Filterelemente können durch die Normung der Steckverbindung auf die einzelnen Leitungsarten angepasst werden, besonders jedoch auf den für die jeweilige Leitung vorgesehenen Frequenzbereich. 30 In addition to the surge arresters 4.2.3, other electrical filter elements such as capacitors, inductors or ohmic resistors can also be installed in the connector 4 in order to also accommodate transient disturbances and sinusoidal voltages with amplitudes below the response voltage 35 of the surge arresters 4.2.3 on the common contact 4.2.4 and to derive the shield housing 2. These filter elements can also be adapted to the individual line types by standardizing the plug connection, but particularly to the frequency range provided for the respective line.

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

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1. Device for protecting electrical circuits against interference, in which the electrical circuits are enclosed in an electrically conductive shielding housing (2) and the connection and supply lines (3) are guided through the housing wall via a multi-pole plug connection (4), characterized in that that the plug-in connection (4) has at least as many poles as the combination of all connection and supply lines (3) of a predeterminable number of different electrical circuits contains elements which differ from one another in terms of the voltage amplitude permissible on them, Detachable part (4.2) of the plug-in connection (4) from the connection and supply lines (3) surge arresters (4.2.3) are connected to a common contact (4.2.4) which is connected to the shielding housing (2) in a connected state and that the surge arrester (4.2.3) after a one-time fixed assignment of the different cable types to the individual poles of the plug connection (4) are adapted to their respective permissible voltage level.

2. Device according to claim 1, characterized in that ZnO varistors are used as surge arresters (4.2.3).

2nd

PATENT CLAIMS

3. Device according to claim 1, characterized in that Zener diodes are used as overvoltage arresters (4.2.3) within a few ns switching.

4. The device according to claim 1, characterized in that the plug connection (4) is subdivided into sections for a plurality of similar line types.

5. The device according to claim 1, characterized in that the plug connection (4) is divided into a first, all input lines and a second, all output lines section.

6. The device according to claim 1, characterized in that in the plug connection (4) in addition to the surge arresters (4.2.3) further filter elements are provided with which transient interference and sinusoidal voltages with amplitudes below the response voltage of the surge arrester (4.2.3 ) can be recorded and that these are also adapted to the respective line type, in particular to their frequency range.