CN1011652B - 电话用户线接口电路的保护设备 - Google Patents

Abstract

电话用户线经由隔离继电器的接点连接到SLIC上。在用户线上发生故障的交流电相反极性的两个半周期期间，对继电器接点用户线侧的用户线电压和继电器接点SLIC侧的用户线电流进行检测，当过电压和/或过电流时则断开继电器接点以保护SL1C。电流的中断将引起用户线上电压升高，使在故障期间维持保护状态。

Description

本发明涉及一种电话用户线接口电路的保护设备，在下文中将这种电话用户线接口电路称为SLIC。

SLIC需要在过电压和过电流时受到保护，这是众所周知的，在SLIC中，一般包含有各种敏感电子元件，而与SLIC相联接的线路，由于诸如与输电线路互相交叉，从输电线路上感应到交变电流，因而引起了所述的过电流、过电压情况。理想的保护设备是当发生所有常见故障时，都对SLIC提供全面的保护，并能够适应各种各样的正常工作条件，例如，用户线上所感应到的电流很大，但尚未形成过电流;当故障条件去掉以后，保护设备可以自动恢复。另外，由于保护设备是需要安装在每一条用户线上的，因此，保护设备应低成本和小型化，也是一个重要的商业上的要求。

已经有人提出过多种类型的保护设备。例如早已为人所知的利用所谓热线圈的保护器，其中电阻性的加热线圈与用户线相串联，过电流所产生的热量将熔断易熔线，从而保护了连接在用户线上的SLIC。这种保护器的缺点是增加了与用户线相串联的电阻;故障过去之后，这种保护器无法自动恢复，而必须由人工进行恢复;另外这种保护器对故障的响应是迟缓的，以致于串接在用户线路之中的电池馈电电阻在一次故障事件之中必须消耗相当显著的功率。

为了克服上述的这些缺点，在Jakab的名称为“电话用户线电池馈电电阻设备”（1984年8月21日颁发的美国专利第4467310号）中描述了一种设备，在该设备中，一种开关型正温度系数（PTC） 热敏电阻与电池馈电电阻相串连连接，并形成该电池馈电电阻的一部分，使该电池馈电电阻与热敏电阻处于紧密的热接触状态。虽然这种设备是有效的，但它的成本相当高，因为，为了提供非常精确的用户线导线电阻匹配，这种设备要求使用精密匹配的热敏电阻。

其他已知的各种保护设备，包括例如使用易熔低温焊料桥，或者可触发式晶闸管均包含有这样或那样的一些缺点。这些缺点例如已在上面简略描述的：需要附加元件，额外的成本，或易受不希望的触发的影响，这些不希望的触发例如是由于寄生的和瞬变的用户线电压和电流等引起的。

为了克服这许多缺点，在Hung等人的名称为“电话用户线接口电路的保护设备”于1985年6月18日提交的第484398号加拿大专利申请中描述了一种保护设备。其中将用于使用户线与SLIC相隔离目的的隔离继电器接点设置在电池馈电电阻和SLIC的其余部分之间，当发生超载的共模交流电流通过馈电电阻的事件时，通过一个检测电路控制该隔离继电器，从而断开这些接点，此后，该检测电路根据用户线上的电压对隔离继电器进行连续控制。然而这种设备具有某些缺点，即，这些过电流和过电压的保护阈值互相之间不是充分独立的，或者，故障的特性不够独立（例如一种故障条件究竟是适用于用户线的两根、还是一根导线）。因此在某些故障条件下隔离继电器存在着振荡的危险，并且在用于常规目的的隔离继电器工作之后有出现锁定状态的危险。

因此，本发明的目的是提供一种改进的SLIC保护设备。

本发明提供一种连接到一条电话用户线上的电话用户线接口电路的保护设备，该设备包括：开关装置;电压检测装置;电流检测装置; 通过开关装置连接电压检测装置到用户线和连接电流检测装置到用户线的装置，使得电压检测装置响应于用户线上的电压，而当开关装置闭合时，电流检测装置响应于用户线上的电流;以及控制装置，在正常操作情况下，它使开关装置闭合，以及根据由电压检测装置确定的用户线上的过电压和/或由电流检测装置确定的用户线上的过电流，使开关装置断开。

本发明的设计思想基于对用户线上可能发生的过电压或过电流（或者两者兼有）的识别和对提供保护的需要。这种保护作用是由开关装置的断开实现的，但是这种保护也中断了用户线上的电流。由于这种中断的结果，特别当断开一般是由SLIC的直流馈电电阻所提供的较低的用户线终端阻抗，从而使用户线SLIC终端呈现一个较高的阻抗，因此用户线上的电压由于故障而显著地提高了，变成了过压，即使在电流中断之前并没有过压。在开关装置断开之后，用户线上的电压检测不断地进行，这个过电压维持了开关装置的断开状态，从而避免了振荡。

最好是，电压和电流检测装置包括一个分别取决于用户线上的电压和电流的电压产生装置，控制装置包括响应于该电压的积分装置，和一个比较装置，该比较装置在积分装置的输出电压超过预先确定的阈值时起作用，去断开该开关装置。在此，积分装置包括一个电容，比较装置包括一个响应于给该电容充电的电压的触发器电路，以及控制装置包括当由电流检测装置产生的电压超过某一参考电压时，对该电容充电的装置。

理想的方式是，开关装置包括隔离继电器的接点，该接点一般来说已经安装在电话用户线上;控制装置根据隔离控制信号而断开该开 关装置并使电容器放电。既使在因继电器接点断开使用户线没有适当的终接而出现过电压的情况下，电容器放电可以避免当隔离控制信号去掉时闭锁状态的发生。当过电压例如是由于从输电线上的感应引起的，则这种过电压是容许的，结果当继电器的接点是闭合时，只产生一个没有过电流的很小的用户线电流，并且用户线是正确端接的。

同样，控制装置最好是根据一个振铃控制信号使电容器放电，以防止用户线上过高的振铃电压引起开关装置断开。

在本发明的优选实施例中，电压检测装置仅响应于用户线上电压的某一极性;当开关装置闭合时，电流检测装置仅响应于用户线上电流的某一极性，上述电流的该极性相应于与上述电压的该极性相反的用户线上电压。这使电压和电流检测装置的设计上简单化和低成本，而能在用户线上发生重大过电压和过电流情况下，确保迅速地（在交流波形的半个周期之内）断开开关装置。

本发明述可以扩大为在与SLIC相连的电话用户线上发生过电压和/或过电流的事故中对电话用户线接口电路进行保护的方法，该方法包括以下若干步骤：在用户线和SLIC之间提供开关装置;在正常操作情况下该开关装置是闭合的，使SLIC连接到用户线;在开关装置的SLIC侧用户线上检测电流;在开关装置的用户线侧的用户线上检测电压;根据检测的过电压和/或过电流断开该开关装置。

从下面参照附图的描述中进一步理解本发明，附图为：

图1是根据本发明的一个实施例的SLIC和保护设备的总原理方框图;以及

图2是更为详细地说明图1的设备的原理电路图。

参照图1，SLIC和保护设备是连接到分别由塞尖线T和塞环线 R组成的二线电话用户线10上。电流检测电路12连接到SLIC的两个精密匹配的电池馈电电阻上，而电池馈电电阻又经由隔离继电器14的接点与塞尖线和塞环线相串联连接。一般来说隔离继电器是用作转换目的，并且，例如为了测试的目的使SLIC与用户线10相隔离，它在每一种情况下都是受经过SLIC由用户线10连接着的电话交换机的软件控制的。另外，根据本发明继电器14述由控制电路16控制，该控制电路是根据在继电器接点的SLIC侧由电流检测电路12检测的用户线上的电流和在继电器接点用户线侧由电压检测电路18检测的用户线上的电压来进行控制的。SLIC的其余各部分在图1中由方框20予以表示，这些其余部分可以是已知的技术内容，与本发明无关。

参照图2，一般来说图中用户线10和部件12到18是用图1中使用的相同的标号表示的，保护设备及其操作原理下面将予以更为详细的描述。

图2中的电流检测电路12包括连接到精密匹配馈电电阻22的由电阻24构成的交叉连接分压器和电流求和直流放大器，该直流放大器由运算放大器26，输入电阻28，和反馈电阻29组成;运算放大器的输出线30上产生一个正比于流过馈电电阻22上的电流的电压。电阻24的电路是已公知的，例如在Rosenbaum等人的名称为“有源阻抗用户线馈电电路”（1985年4月30日颁发的美国专利4，514，595号）中发表。

馈电电阻22经过隔离继电器14的接点32与用户线10的塞尖线和塞环线T和R相连接，其中隔离继电器14述包括一个继电器线圈34。

电压检测电路18包括：两个二极管36，每个二极管分别连接在塞 尖线塞环线T和R与结点38之间，在正常状态下，二极管极性由一个直流电压反向偏置，通常情况下这一直流电压施加到电话用户线10上;还包括由电阻40和42构成的分压器，它被连接在结合点38和地之间;一个可选用的电阻44和一只二极管46，它们被串联连接在分压器抽头点与电压检测电路的输出线48之间。

控制电路16包括电容50、电压比较器52、可控电流源54、电流吸收通道（Current    Sink）56、施密特触发电路58、NPN缓冲晶体管60以及每个基极串联有限流电阻（为了简明起见，没有给出标号）的NPN晶体管62、64、66、68和70。另外，控制电路16包括下面将要描述的分别用于控制信号CI和RI的两输入端子72和74。图2所示的虚线AB右边的各个元件可方便地与SLIC的其他部分包括在一个或多个集成电路中（在图2中没有表示出）。

电容50连接在线48和地之间，因此该电容可以从电压检测电路18的分压器通过可选用的电阻44（如果需要的话，通过该电阻可以增大充电时间常数）和二极管46，在用户线10中的一条或两条线上的交流电压的正半周期间进行充电。比较器52的反相输入端连接到电流检测电路12的输出线30上，其非反相输入端连接到参考电压VREF，其输出端控制电流源54。在交流电流的负半周期间，如果通过一个或两个馈电电阻22的峰值电流足够地高，以致于使电流检测电路的输出线30上电压超越了由参考电压VREF所建立即过电流门限电压，则比较器52接通电流源54，提供一个恒定电流IC到线48上，从而给电容50充电。

电流吸收通道56连接在线48和地之间，通过一个恒定电流ID为电容50提供一个缓慢的放电通路。线48还连接到施密特触发电路58 的输入端，当电容50被充电到一个预先确定的触发电压时，将该触发器触发，从而经由缓冲晶体管60和作为隔离继电器驱动器的晶体管62激励隔离继电器线圈34去打开接点32。当电容器50经过元器件58、60和62放电放到低于门限电压时，隔离继电器34被解除激励，使接点32闭合。

对于隔离继电器的软件控制，控制信号CI可加到端点72，使连接到这个端点的晶体管64和66导通。晶体管66使隔离继电器驱动晶体管62导通，如上所述从而激励隔离继电器线圈34，并且晶体管64使电容50放电。当控制信号CI存在的时候电容50的放电抑制了保护设备的操作，因此，当存在高感应电压时（这种高感应电压可能发生在用户线10缺乏经由SLIC的一个适当的用户线终端），便呈现此种情况。这种抑制作用避免一种锁定状态，在锁定状态中，当控制信号CI结束时，可能仍然对继电器线圈34保持激励。

在一种类似的方式中，利用控制信号RI使晶体管68导通，并使电容50放电，这个控制信号是加到端子74用以激励振铃继电器驱动器（未示出），使将振铃电压送到用户线10。另外振铃电压本身可使电容50充电到足以触发施密特触发器电路58。在保护设备已经被触发的情况下，则晶体管70被导通，将端子74的电压嵌位至地电位，因此在这种情况下振铃继电器不可能被用户线10上的过电压而激励，从而就不会因在用户线10上的过电压而损坏振铃设备。

从上面的描述中，可以看出用户线10上的过电压和/或过电流将导致对电容50的充电，从而触发电路58，继之打开接点32，因此对于过电压或过电流的发生，保护了SLIC。例如，在用户线上存在一个过大的交流电流的情况下，在负半周期间使电流源54导通，而后对 电容50充电并触发电路58，打开接点32，从而中断了电流。由于接点32的打开，去掉了由SLIC提供的比较低的用户线的终端阻抗（电压检测电路的分压器具有高阻抗），使得用户线电压上升，并且在正半周期间，使电容50通过电压检测电路维持充电状态。参考电压VREF和施密特触发器电路58提供的门限电压，电压检测电路分压器的分压比，以及电容50经由元器件46、54和56的充、放电速率都可以独立地被确定，用于提供所希望的工作特性。具体来讲，电容50一般可以约3毫秒的时间常数进行充电并以约为200毫秒的时间常数进行放电，避免隔离继电器以过电压或电流的频率振荡。

在用户线10只存在过高的交流电压而没有过电流的情况下，电容50在正半周期间通过二极管46进行充电，如上所述从而打开隔离继电器的接点32。在重大故障的情况下，在用户线10上同时发生过高的交流电压和电流，这时在半周期间将通过二极管46或电流源54对电容50充电和打开接点32，从而完成快速的保护。

虽然上面已经描述了一个特定的实施例，但是不难看出上述实施例尚能作出多方面的改进。例如，可以使用不同形式的电压、电流检测和触发电路，电容50也可以用不同形式的积分器和延时电路来代替。另外，可采用上述Hung等人的专利申请中所述的方法，嵌位晶体管64和68可以由恒定电流吸收通道代替，并且如果需要，采用过零预测器，以便避免在继电器接点发生任何跳火的可能性。此外，虽然最好使用已制备的隔离继电器，但如果希望的话，也可以如上所述采用一个单独的继电器实现该保护的目的。

在不脱离权利要求书所限定的本发明的范围内，对所描述的实施例尚可以做出许多其他的改进、变型和修改。

Claims (9)

1、一种连接到电话用户线上用于用户电线接口电路的保护设备，该保护设备包括：

开关装置；

电压检测装置；

电流检测装置；

其特征在于还包括：

用于将电压检测装置连接到用户线和经开关装置将电流检测装置接到用户线的装置，通过该装置，电压检测装置响应于用户线上的电压且当开关装置闭合时电流检测装置响应于用户线上的电流；和

控制装置，用于在正常操作情况下闭合开关装置，和用于根据电压检测装置确定的用户线上超过一个预定阈值的电压及根据电流检测装置确定的用户线上超过一个预定阀值的电流，断开该开关装置。

2、根据权利要求1的设备，其特征在于，其中该电压和电流检测装置包括分别取决于用户线上的电压和电流而产生一个电压的装置;该控制装置包括响应于该电压的积分装置和响应于超过某一预先确定门限值的该积分装置的输出而去断开该开关装置的比较装置。

3、根据权利要求2的设备，其特征在于，其中积分装置包括一个电容，比较装置包括一个响应于一个电压值的触发器电路，该电压值即是所述电容器被充电达到的电压。

4、根据权利要求3的设备，其特征在于，其中控制装置包括当电流检测装置产生的电压超过某一参考电压时用于给电容充电的装置。

5、根据权利要求3或4的设备，其特征在于，其中控制装置响应于振铃控制信号使电容进行放电。

6、根据权利要求1到5中任何一项的设备，其特征在于，其中开关装置包括一个用于电话用户线的隔离继电器的接点，和控制装置响应于隔离控制信号，用于断开该开关装置并使电容放电。

7、根据权利要求1到6中任何一项的设备，其特征在于，其中电压检测装置仅仅响应于用户线上的一种电压极性，电流检测装置仅仅响应于当开关装置闭合时用户线上的一种电流极性，上述电流的一种极性相对应于与上述一种电压极性相反的用户线上电压的极性。

8、一种针对与电话用户线接口电路（SLIC）相连接的电话用户线上的过电压和/或过电流而对SLIC进行保护的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

在SLIC和用户线之间提供一种开关装置，在正常操作状态下该开关装置是闭合的，将SLIC连接到用户线;

检测用户线上开关装置SLIC侧的电流;

检测用户线上开关装置用户线侧的电压;

根据检测到的过电流和/或过电压断开该开关装置。

9、根据权利要求8的方法，其特征在于，其中仅仅检测一种极性的电流和与该电流极性相反的一种极性的电压。

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