CN103378591A

CN103378591A - 通信线路绝缘器

Info

Publication number: CN103378591A
Application number: CN2013101368092A
Authority: CN
Inventors: 宫田纯平; 伊藤秀敏
Original assignee: Sankosha Co Ltd
Current assignee: Sankosha Co Ltd
Priority date: 2012-04-26
Filing date: 2013-04-19
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2033-04-19
Also published as: EP2658061A3; US9153955B2; JP2013230011A; US20130286527A1; EP2658061B1; EP2658061A2; JP5860338B2; CN103378591B

Abstract

一种绝缘器10由包括阻止自通信线路30进入异常电流并保护保护目标设备40的绝缘变压器13组成。所述设备40中的脉冲变压器43包括连接到变压器13的次级绕组13b的初级绕组43a和连接到内电路的次级绕组43b。所述初级绕组43a的中间抽头通过所述设备40的内电容Ci接地。所述变压器13的初级绕组13a和次级绕组13b之间的寄生电容Cs和内电容Ci串联连接，异常电压被电容Cs和电容Ci分压，设置电容Cs的电容值使得电容Ci的分压电压等于或低于一个预定值。

Description

通信线路绝缘器

技术领域

本发明涉及通信线路绝缘器（其被称为，例如，一个用于LAN的电涌保护设备（以下简称为“SPD”）），其被布置成在通信线路中进行干预，以保护相对应于包括连接到例如局域网（以下简称为“LAN”）线路的通信线路的光网络单元（以下简称为“ONU”），家庭网关（以下简称为“HGW”），个人计算机（以下简称为“PC”）和调制解调器的通信设备的目标设备。本发明尤其涉及具有耐高压性能的绝缘型通信线路绝缘器（例如绝缘型LAN SPD）。

背景技术

为了保护对应于保护目标设备的通信设备免受异常电压或异常电流（诸如从电源线、通信线或接地线进入的雷击电涌），SPD被安装在每根导线中。如下所述，SPD的大致可分为两种类型（即电流释放类型和绝缘型）。

作为相关技术中的一种电流释放型SPD，例如，有已知的用于电力的电流释放型SPD在日本专利特开号2008-206263中公开和用于通信的电流释放型SPD在日本专利特开号11-341677中公开。这些电流释放型SPD由过压保险丝，压敏电阻等组成，并且这些元件都接地。作为操作，通过使SPD接受异常电流并将异常电流释放到接地侧，防止异常电流进入通信设备侧。

同样地，作为相关技术中的一种绝缘型SPD，例如，有已知的用于电力的绝缘型SPD在日本专利特开号2005-151705中公开和用于通信的绝缘型SPD在日本专利特开号10-64740在公开。这些绝缘型SPD的构成包括绝缘电压逆变器（即绝缘变压器），并且，虽然有很多通过对绝缘变压器设置静电屏蔽从而接地的SPD类型，也有SPD类型是不接地的。作为操作，通过使绝缘变压器在电源线或通信线的线路中进行干预，该线路中形成绝缘单元，因此，只要绝缘变压器未被破坏，异常电流不会进入通信设备侧。

解释过绝缘型SPD，在此绝缘型SPD中使用的绝缘变压器有介于初级绕组（winding）和次级绕组之间的寄生电容。因此，即使对应于电源线侧或通信线侧的初级侧和对应于电力设备侧或通信设备的次级侧通过使用绝缘变压器被绝缘，部分例如从绝缘变压器的初级绕组侧进入的雷电电涌的异常电流通过寄生电容的电容耦合进入绝缘变压器的次级绕组侧。

为了解决这个悬而未决的问题，如在日本专利特开号2005-151705和日本专利特开号10-64740中公开的相关技术中的绝缘型SPD，期望的是从根本上在绝缘变压器的初级绕组侧和次级绕组侧之间设置静电屏蔽并把这种静电屏蔽固定于地面。通过这种方式，可能抑制从初级绕组侧流入到次级绕组侧的异常电流（也就是说，它可能极大地降低所谓的电涌变化率），因此能够可靠地保护电源设备或通信设备免受异常电流或异常电压。此外，有一种方法通过在绝缘变压器的第一绕组侧之前或在绝缘变压器的次级绕组侧之后设置释放型SPD并把该释放型SPD的接地端子固定于地面从而防止异常电流或异常电压在电源设备侧或通信设备侧干扰。

接着，给出相关技术中“分离型”和“无需接地”的LAN SPD的说明。

近年来，关于对应通信线的通信线路，LAN线路变得常见。通信设备，例如连接到LAN线路的ONU，HGW和PC，包括，例如连接到LAN线路的LAN连接器，连接到该LAN连接器的脉冲电压逆变器（即脉冲变压器）和连接到该脉冲变压器并发送和接收脉冲信号的LAN控制器。为了保护这样的通信设备免受如雷电电涌的异常电压或异常电流，如在日本专利特开号2011-10085中公开的相关技术的LAN SPD也安装在通信设备和LAN线路之间。

例如，安装在普通房子或建筑物的办公室中的通信设备中，由于接地端子通常安装在一个预定的有限的地方，许多情况下很难铺设从LANSPD到接地端子的接地线。因此，对于在普通房子或建筑物的办公室中使用的LAN SPD，很多情况下，需要“绝缘型”和“无需接地”的SPD。这种SPD在，例如相关技术的日本专利特开号2008-136303中公开。

然而，相关技术中通信线路绝缘器的一种的绝缘型LAN SPD有以下问题（a）和（b）。

（a）关于合作问题

在相关技术中使用绝缘变压器的绝缘型LAN SPD的耐压值常被设计为5kV左右。这是因为考虑到进入LAN线路的雷电电涌的异常电压常常等于或低于5kV的现实。另外，超过5kV的电压被施加到LAN SPD的初级侧时，尽管通过绝缘变压器的电容耦合在LAN SPD的次级侧上引起电压，在次级侧上引起的电压最大值为1kV左右。连接到LAN SPD的次级侧的通信设备通常具有可以承受大约1kV的电压的结构。

同时，根据近些年最新的研究和实地调查报告，报道发生了一个脉冲波形为10/700μs的13kV左右的雷电电涌（即：带有这样的波形的雷电电涌：自上升起始点开始，经过10μS后达到最大电压13kV；在这之后，逐渐衰减；并且，自上升起始点开始，经过700μS后衰减至7.5kV，即最大电压13kV的一半电压）。因此，有必要提升LAN SPD的耐受电压至约13kV。

为了提高LAN SPD本身的耐电压，绝缘变压器系统的设计（如形状）必须被改变。

然而，简单地说，在LAN SPD的耐电压性能提升至约13kV的情况下，以下有害的效果可能会发生。

例如，当10kV左右的过大电压被施加到LAN SPD的初级侧时，尽管通过绝缘变压器的电容耦合在LAN SPD的次级侧上引起电压，在次级侧上引起的电压为几千伏（该电压大于在次级侧上的通信设备的耐电压1kV），因此，在次级侧上的通信设备可能会损坏。换句话说，当LAN SPD能够承受的大于10kV的电压发生时，LAN SPD本身可能不被损坏，但在次级侧上的通信设备可能会损坏。

因此，要求开发一种不仅简单地提高了LAN SPD的可承受电压，并且即使LAN SPD的可承受电压改善，也不会损坏在次级侧上的通信设备的LAN SPD。

（b）关于LAN SPD的壳体（chassis）

在LAN SPD的耐电压性能提高至约13kV并且超过LAN SPD的耐电压性能的20kV左右的雷电电涌被施加到LAN SPD的情况下，LAN SPD内的绝缘变压器被击穿（即绝缘变压器初级导线侧和次级导线侧天线之间的放电），因此从绝缘变压器的初级导线侧到次级导线侧流出过大的异常电流。此时，在装有LAN SPD的壳体内，由于异常电流引起的空气热膨胀迅速增加内部压力。

在这里，例如，如果具有耐高压性能的LAN SPD壳体的组成有绝缘材料（isolation member），例如在相关技术中公开的合成树脂，它是不能够承受在发生的异常电流时壳体内部压力的迅速增加，而且壳体可能迅速爆裂。另外，壳体爆裂时，壳体的碎片飞出，因此需考虑带给用户的风险。

因此，考虑加入金属材料形成壳体，以使得LAN SPD的壳体在施加到LAN SPD的雷电电涌超过LAN SPD的耐电压性能的情况下不爆裂。但是，在壳体由金属制成的情况下，由于壳体是导体，有必要使该壳体和SPD内部电路之间的绝缘距离大于由绝缘材料制成的壳体和SPD内部电路之间的绝缘距离，并且由此LAN SPD本身变大且成本增加。

因此，要求开发一种不仅简单地提高了LAN SPD的可承受电压，并且即使LAN SPD的可承受电压提高，也不会爆裂由绝缘材料制成的壳体的小型LAN SPD。

发明内容

因此，为了解决相关技术的上述问题，本发明的第一个目的是提供一种即使通信线路绝缘器的可承受电压改善时，也不损坏在次级侧上的保护目标设备的通信线路绝缘器。另外，在本发明的第二个目的是提供一种即使通信线路绝缘器的可承受电压改善时，也不会爆裂由绝缘材料制成的壳体的小型通信线路绝缘器。

为了实现第一个目的，在本发明中的第一发明的通信线路绝缘器配置为包括连接到通信线路上的初级绕组和连接到与该通信线路进行通信的保护目标设备的次级绕组的一个绝缘变压器，并阻止异常电流从通信线路进入以便保护该保护目标设备。该保护目标设备具有通过脉冲变压器向/从通信线路发送/接收脉冲信号并执行通信的功能，该脉冲变压器包括连接到绝缘变压器的次级绕组的一侧的初级绕组和连接到保护目标设备的内电路侧的次级绕组，以及该脉冲变压器初级绕组内的中间抽头（medium tap）通过保护目标设备的内电容接地。另外，在绝缘变压器的初级绕组和次级绕组之间引起的寄生电容和内电容串联连接，异常电压被寄生电容和内电容分压，寄生电容的电容值设定为使得内电容的分压电压等于或低于预定值。

为了实现第二个目的，在本发明中的第二发明的通信线路绝缘器是第一发明的通信线路绝缘器，其中：绝缘变压器存储在由绝缘材料（例如，合成树脂材料）制成的壳体中并且外部连接至保护目标设备；压力释放孔形成在壳体的外表面；该孔由在壳体内部压力增加时可被打开的密封件所密封。

根据第一发明的通信线路绝缘器，绝缘器使用具有寄生电容的绝缘变压器制成，使得：异常电压被绝缘变压器的寄生电容和保护目标设备的内电容串联连接而成的联合电容分压，并且内电容的分压电压等于或低于预定值。因此，在不施加过大的分压电压至保护目标设备侧和即使绝缘器承受高耐压电压，也不产生破坏保护目标设备的不良影响的情况下，能够简单且准确地实现高耐电压绝缘型绝缘器。

根据第二发明的通信线路绝缘器，绝缘变压器存储在由绝缘材料制成的壳体中，壳体上形成压力释放孔以防止在异常时（即内部压力增加时）壳体爆裂，并且孔由密封件密封。因此，正常时，能够防止灰尘或湿气从孔入侵到壳体中，并且，异常时（即内部压力增加时），由于密封件被移除或者破坏，可以让内压释放并防止壳体爆裂。因此，可以实现一种通信线路绝缘器，在其中，尽管壳体由绝缘材料制成，内压增加仍不会使得壳体爆裂。

参照附图阅读下面的优选实施例的描述，本发明的上述和其它目的以及新的特征将被阐明。然而，提供下面的附图主要用于说明，不限制本发明的范围。

附图说明

图1A是粗略的电路结构图，示出本发明的第一实施例的通信线路绝缘器10；

图1B是粗略的电路结构图，示出本发明的第一实施例的保护目标设备40；

图2A和图2B是透视图，示出图1B中绝缘器10的概要；

图3A和图3B是粗略的结构图，示出在图2B中的绝缘器10的内部；

图4是示意的波形图，示出一个脉冲波形的定义（10/700μs）；

图5A和图5B是示意图，示出图1A和图1B的电容等效电路；

图6A、图6B和图6C是示出图5A和图5B中电容的试验验证结果的图示；

图7是粗略的电路结构图，示出根据本发明的第二实施例的通信线路绝缘器10A和保护目标设备40A；

图8A是粗略的电路结构图，示出根据本发明的第三实施例的通信线路绝缘器10B；

图8B是粗略的电路结构图，示出根据本发明的第三实施例的保护目标设备40B；

图9是粗略的电路结构图，示出根据本发明的第四实施例的通信线路绝缘器10C和保护目标设备40C；

图10是粗略的电路结构图，示出根据本发明的第五实施例的保护目标设备40D的主要组件。

具体实施方式

第一实施例

（第一实施例的结构）

图1A是示出根据本发明的第一实施例的通信线路绝缘器10的粗略电路结构图，并且图1B是粗略的电路结构图，示出根据本发明的第一实施例的保护目标设备40。

如图1A和图1B所示，根据第一实施例的通信线路绝缘器10是具有耐高压的性能并且不接地的外部绝缘型LAN SPD（例如对应于千兆比特以太网（注册商标）标准的1000Base-T SPD）。此绝缘器10可拆卸地连接到通信线路（例如四个双绞线对或八根导线作为LAN线路组成的LAN电缆）30和相应于通信设备的保护目标设备40之间。

绝缘器10具有由绝缘材料（例如，合成树脂材料）制成的壳体11。用于输入和输出的第一连接器（例如八位的模块插孔（eight-positionmodular jack））12连接至壳体11的外层侧表面的一个侧表面。连接到LAN电缆30的终端单元的八位模块插头31可拆卸地连接到该模块插孔12。在壳体11中，存储四个绝缘变压器13（=13-1至13-4）。每个绝缘变压器13包括围绕卷芯缠绕的初级绕组13a和次级绕组13b，每个初级绕组13a连接到模块插孔12并且每个次级绕组13b连接到由四个双绞线电线或八根导线组成的LAN电缆14的一端。每个绝缘变压器13的初级绕组13a和次级绕组13b之间有一个寄生电容Cs。

从壳体11的另一侧表面将LAN电缆14的另一端拉出至外部，用于输入和输出的第二连接器（例如八位的模块插孔）15连接到LAN电缆14的另一端。模块插头15可拆卸地连接到的保护目标设备40。

保护目标设备40包括，例如，ONU、HGW和PC，并且每个组件被存储在如下所示的壳体41内。用于输入和输出的连接器42（例如八位模块插孔）连接到壳体41的外表面（例如侧表面）。模块插孔42可拆卸地连接至绝缘器10侧面上的模块插头15。在壳体41中，存储有用于输入和输出的四个脉冲变压器43（=43-1至43-4），用于阻抗匹配的四个电阻44（=44-1至44-4），共同的内电容Ci和通信控制器（例如LAN控制器）50作为内电路或类似电路。

每个脉冲变压器43发送用于发送和接收的脉冲信号，并包括围绕卷芯缠绕的初级绕组43a和次级绕组43b，每个初级绕组43a连接到模块插孔12并且每个次级绕组43b连接到LAN控制器50。在每个脉冲变压器43的初级绕组43a中，对应于中心抽头的中间抽头通过每个电阻44和共同的内电容Ci连接（即接地）到壳体41的结构接地端子。例如，每个电阻44的电阻值是75Ω并且共用内电容Ci的电容值是1000pF。

LAN控制器50具有按切换的方式发送和接收发送脉冲信号和接收脉冲信号的发送和接收功能，并且，在发送时，发送在一个未示出的保护目标设备本身产生的发送脉冲信号至四个脉冲变压器43（=43-1至43-4）的次级绕组43b，并且，在接收时，接收自四个脉冲变压器43（=43-1至43-4）的次级绕组43b发送的接收脉冲信号并将其传送至未示出的保护目标设备本身。

图2A和图2B示出图1B中绝缘器10的概要的透视图，其中图2A是整体透视图，图2B是示出图2A的一部分的透视图。此外，图3A和图3B是示出在图2B中的绝缘器10的内部的粗略的结构图，其中图3A是绝缘器10的垂直剖视图并且图3B是示出绝缘器10的内部的俯视图。

存储例如绝缘器10的绝缘变压器13-1到13-4的壳体11包括具有大致正方形板状形状的下部构件21和具有大致盒状形状其中用以覆盖这个下部构件21表面的底层表面被打开的上部构件22，并且具有上部构件22被可拆卸地安装到下部构件21的结构。插头插入开口单元23形成在上部构件22的面对侧表面的一个侧表面。电缆拔出开口单元24形成在上部构件22的另一侧表面和下部构件21的侧表面用于接触此另一侧表面。

在上部构件22中，设计有用以分离模块插孔存储空间22a和绝缘变压器存储空间22b的屏蔽单元25。另外，在上部构件22外表面对应的上表面，多个压力释放孔26形成在绝缘变压器的存储空间22b的对应的部分以防止壳体11在异常时（即内部压力增加时）爆裂。在上部构件22的上表面上，为了防止由于灰尘或湿气从孔26进入壳体内部侵袭而导致的耐电压性能的退化，密封件27以可拆卸的或易碎的方式，置于多个孔26形成的部分之上。该密封件27具有功能：正常时密封多个孔26以防止灰尘或湿气的入侵；壳体11异常时被移除或破坏（即在内部压力时）并打开这些孔26来释放内部压力；防止壳体11爆裂。

在下部构件21上，连接有印刷电路板28。在印刷电路板28上，模块插孔12固定到与模块插孔的存储空间22a对应的一部分，并且，此外，四个绝缘变压器13-1到13-4被以预定的间隔固定在绝缘变压器的存储空间22b对应的部分。LAN电缆14的终端部分布置在两个绝缘变压器13-1和13-2之间以及两个绝缘变压器13-3和13-4之间，并且该LAN电缆14从开口单元24被拉出到外部。四个绝缘变压器13-1到13-4和模块插孔12之间的空间被屏蔽单元25屏蔽。LAN电缆14的终端单元、绝缘变压器13-1到13-4和模块插孔12相互通过印刷电路板28上的布线图案电连接。

（第一实施例中耐压性能的设定）

图4是示意性的波形图，示出一个脉冲波形的定义（10/700μs）。

此图4中，水平轴表示时间T（μs），垂直轴表示电压v（V）。例如，脉冲波形为10/700μs的大约13kV的雷电电涌，其波形自上升起始点经过10μS后达到最大电压13kV，并且，在这之后，逐渐衰减，并且，自上升起始点经过700μS后衰减至7.5kV，即最大电压13kV的一半电压。

图5A和图5B是示出图1A和图1B的电容等效电路的示意图，其中图5A是图1A和图1B的主要部件的电路图，图5B是图5A中电容的等效电路图。

绝缘器10中每个绝缘变压器13的寄生电容Cs以及保护目标设备40的内电容Ci被串联接地。当诸如雷击电涌的异常电压Vmax从LAN电缆30被施加到绝缘器10时，该异常电压Vmax被寄生电容Cs和内部电容Ci分压，分压电压Vs被添加到寄生电容Cs，分压电压Vi被添加到内电容Ci。

寄生电容Cs和内电容Ci串联连接的联合电容Ct如下：

Ct=（Cs×Ci）/（Cs+Ci）

整个串联电路的电荷Qt，寄生电容Cs部分的电荷Qs和内电容Ci部分的电荷Qi如下：

Qt=Ct·Vmax

Qs=Cs·Vs

Qi=Ci·Vi

由于整个串联电路的电荷Qt，寄生电容Cs的电荷Qs和内电容Ci的电荷Qi是相等的，Qt=Qs=Qi成立。从上面的等式中，分压电压Vs和Vi如下面的公式（1）和（2）。

Vs=Qs·(1/Cs)=(Ct·Vmax)·(1/Cs)

=[Ci/(Cs+Ci)]·Vmax...(1)

Vi=Qi·(1/Ci)=(Ct·Vmax)·(1/Ci)

=[Cs/(Cs+Ci)]·Vmax...(2)

接着说明具体的例子（a）至（c）和具体例子的试验验证结果（d）。

（a）具体例子1

绝缘器10的可承受电压设置为约13kV，保护目标设备40（即内电容Ci）的可承受电压设置为大约1.5kV，并且，此外，内电容Ci的静电电容值设置为1000pF。

例如，在寄生电容Cs的静电电容值设置为115pF情况下，被施加异常电压Vmax（=13kV）时，由方程（2）表示的内电容Ci的分压电压Vi，改变至Vi=[115/（115+1000）·13000≈1.34kV。因此，由于内电容Ci的分压电压Vi为1.34kV在可承受电压1.5kV以下，内电容Ci不被损坏。

（b）具体例子2

例如，在寄生电容Cs的静电电容值设置为10pF的情况下，被施加异常电压Vmax（=13kV）时，由方程（2）表示的内电容Ci的分压电压Vi，改变至Vi=[10/（10+1000）·13000≈129V。因此，由于内电容Ci的分压电压Vi为129V在可承受电压1.5kV以下，内电容Ci不被损坏。

（c）具体例子3

类似具体例2，绝缘器10的可承受电压设置为约13kV，保护目标设备40（即内电容Ci）的可承受电压设置为大约1.5kV，并且，此外，内电容Ci的静电电容值设置为1000pF。

例如，在寄生电容Cs的静电电容值设置为10pF的情况下，被施加异常电压Vmax（=5400V）时，由方程（2）表示的内电容Ci的分压电压Vi，改变至Vi=[10/（10+1000）·5400≈53V。因此，由于内电容Ci的分压电压Vi为53V在可承受电压1.5kV以下，内电容Ci不被损坏。

（d）具体例子的试验验证结果

图6A、图6B和图6C是示出图5A和图5B中电容的试验验证结果的图示，其中图6A是示出了试验装置的示意图，此外，图6B和图6C是试验验证结果的波形图。

图6A中，与具体例子3类似，使用高频率发生器IG，5400V被施加到寄生电容Cs（=10pF）和内电容Ci（=1000pF的）构成的串联电路的两端，节点CH1和CH2之间寄生电容Cs的电压通过示波器OSC观察到并获得图6B的波形图。节点CH1的电压是施加电压，节点CH2的电压是内电容Ci的残余电压。

可以从图6B的波形图清楚地看出，内电容Ci的分压电压Vi为128V。因此，雷击电涌衰减率为128/5400=2.37/100=2.37%。

根据试验验证的结果，内电容Ci的分压电压Vi是128V，比具体例子3中说明的理论值53V大。这可能是因为在地面、示波器OSC和节点CH1之间以及地面、示波器OSC和节点CH2之间有大约10pF的静电电容值。不管怎样，由于内电容Ci的分压电压Vi低于可承受电压1.5kV，内电容Ci不被损坏。

鉴于这些，如果13000V（=13kV）被施加到寄生电容Cs（=10pF）和内电容Ci（=1000pF的）构成的串联电路的两端，根据下面的等式，内电容Ci的节点CH2上产生的电压（=分压电压Vi）约为308V，并且，若显示此估计波形图，它如图6C所示。

13000V×0.0237=308V

该估计分压电压308V大于具体例子2中说明的理论值129V。这可能是因为，如上所述，在地面、示波器OSC和节点CH1之间以及地面、示波器OSC和节点CH2之间有大约10pF的静电电容值。不管怎样，由于内电容Ci的分压电压Vi低于可承受电压1.5kV，内电容Ci不被损坏。

第一实施例的一个特征是使用每一个都有寄生电容Cs的四个绝缘变压器13-1到13-4来配置绝缘器10，由此异常电压Vmax被联合电容Ct分压并且内电容Ci的分压电压Vi等于或低于预定值（例如等于或低于可承受电压1.5kV），其中联合电容Ct是通过将绝缘器10中的每个绝缘变压器13的寄生电容Cs和保护目标设备40中的内电容Ci串联连接得到。

（第一实施例中的操作）

将解释图1A、1B、2A、2B、3A和3B中示出的绝缘器10和保护目标设备40中正常时的操作的(I)和异常时的操作(II)。

（I）正常时的操作

图1A和图1B中，在保护目标设备40的发送时间，来自保护目标设备40中的LAN控制器50的发送脉冲信号的输出被通过四个脉冲变压器43-1到43-4发送到模块插孔42。发送至模块插孔42的发送脉冲信号经由模块插头15、LAN电缆14和在绝缘器10的侧面的四个绝缘变压器13-1至13-4被发送至模块插孔12。发送至模块插孔12的发送脉冲信号经由模块插头31被发送至LAN电缆30。

同样地，在保护目标设备40的接收时间，LAN电缆30发送的接收脉冲信号通过模块插头31输入至绝缘器10的侧面上的模块插孔12。模块插孔12中的接收脉冲信号输入经由四个绝缘变压器13-1到13-4，LAN电缆14和绝缘器10中的模块插头15被发送至保护目标设备40的侧面上的模块插孔42。发送至模块插孔42的接收脉冲信号经由过保护目标设备40中的四个脉冲变压器43-1到43-4被接收至LAN控制器50。

（II）异常时的操作

例如，绝缘器10的可承受电压设置为约13kV。此外，保护目标设备40的可承受电压（即内电容Ci的可承受电压）被设置为约1.5kV并且静电电容值被设置为1000pF，并且，响应于此，寄生电容Cs的静电电容值被设置为115pF或10pF。

在如雷电电涌的异常电压Vmax（例如，13kV）从LAN电缆30进入绝缘器10的侧面的情况下，异常电压Vmax的电流通过在绝缘器10中的每一个绝缘变压器13的寄生电容Cs的电容耦合从初级绕组13a传递到次级绕组13b。

穿过每个绝缘变压器13的寄生电容Cs的异常电压Vmax的电流通过LAN电缆14、模块插头15和模块插孔42进入保护目标设备40。进入保护目标设备40后的异常电压Vmax的电流通过每个脉冲变压器43中第一绕组43a的中间抽头、每个电阻44和内电容Ci被释放到接地侧。此时，由于寄生电容Cs和内电容Ci串联接地，异常电压Vmax被寄生电容Cs和内电容Ci分压，分压电压Vs被添加到寄生电容Cs，分压电压Vi被添加到内电容Ci。

内电容Ci的静电电容值设置为1000pF，并且，响应于此，寄生电容Cs的静电电容值设置为115pF或10pF。因此，由于内电容Ci的分压电压Vi低于1.5kV，内电容Ci不被损坏。

同时，关于所述绝缘器10中可承受电压性能系统值13kV，如果如雷电电涌的异常电压Vmax（例如1.2/50μs和15kV）从LAN电缆30进入到绝缘器10的侧面，有风险在于：所述在绝缘器10中的绝缘变压器13（=13-1至13-4）被击穿；过大的异常电流（例如，此耐电压击穿是8/20μs和7.5kA时的异常电流）从这些绝缘变压器13的初级绕组13a的一侧被释放到次级绕组13b的一侧；保护目标设备40被损坏。如果这样的异常电流在存储绝缘变压器13的壳体11中流动，由于异常电流导致的空气热膨胀引起的内部压力迅速增加，密封壳体11的孔26的密封件27被移除或破坏，同时内压从孔26被排出到外部。通过这种方式，可能防止壳体11爆裂。

同样地，为保护绝缘器10不像上述那样被等于或高于可承受电压的异常电压Vmax击穿，绝缘器10的可承受电压性能系统值可以根据可预见的异常电压Vmax设置为等于或高于13kV的值。

（第一实施例的效果）

根据第一实施例，获得以下的效果（i）和（ii）。

（i）根据第一实施例，绝缘器10的组成使用分别具有寄生电容Cs的四个绝缘变压器13-1到13-4，由此，异常电压Vmax被联合电容Ct分压并且内电容Ci的分压电压Vi等于或低于预定值（例如，等于或低于的可承受电压1.5kV），其中联合电容Ct是通过将绝缘器10中的每个绝缘变压器13的寄生电容Cs和保护目标设备40中的内电容Ci串联连接得到的。在即使绝缘器10承受高耐压电压也不施加过大的分压电压Vi至保护目标设备40侧和不产生破坏保护目标设备40的不良影响的情况下，能够简单且准确地实现高耐电压绝缘型绝缘器10。

（ii）为避免在异常时（即内压增加时）壳体11爆裂，在该壳体11中形成压力释放孔26并且该压力释放孔26被密封件27密封。因此，正常时，能够防止灰尘或湿气从孔26入侵到壳体11中，并且，异常时（即内压增加时），由于密封件27移除或者破坏，可以让内部压力释放并防止壳体11爆裂。因此，可以实现绝缘器10，在其中，尽管壳体11由合成树脂材料制成，内压增加仍不会使得壳体11爆裂。

第二实施例

（第二实施例的结构）

图7是示出根据本发明的第二实施例的通信线路绝缘器10A和保护目标设备40A的粗略的电路结构图。图7中，给与说明第三实施例的图1A和图1B中组件相同的组件分配相同的参考标号。

根据第二实施例的通信线路绝缘器10A是一个具有耐高压性能和不接地的内置绝缘型LAN SPD（例如对应于千兆比特以太网（注册商标）标准的1000Base-T SPD）。该绝缘器10A中，组成通信线路绝缘器10A的四个绝缘变压器13（=13-1至13-4）被设置在存储对应通信设备的保护目标设备40A的壳体41内。

八位模块插孔42连接到存储保护目标设备40A的壳体41的侧表面。连接至LAN电缆30的八位模块插头31可拆卸地连接到模块插孔42。壳体41中，存储有构成通信线路绝缘10A的四个输入-输出绝缘变压器13（=13-1至13-4）、四个输入-输出脉冲变压器43（=43-1至43-4）、四个用于阻抗匹配的电阻44（=44-1至44-4）、共同的内电容Ci和LAN控制器50或类似组件。

如图1A所示，每个绝缘变压器13（=13-1至13-4）包括初级绕组13a和次级绕组13b，其中每个初级绕组13a连接到模块插孔42并且每个次级绕组13b连接到每个脉冲变压器43的初级绕组43a。类似图1B所示，每个脉冲变压器43的初级绕组43a的中间抽头通过每个电阻44和共同的内电容Ci被接地到壳体41的结构接地端子。例如，每个电阻44的电阻值是75Ω并且共用内电容Ci的电容值是1000pF。此外，每个脉冲变压器43的次级绕组43b连接到LAN控制器50。

（第二实施例中的可承受电压性能的设置）

第二实施例中的可承受电压性能的设置以与第一实施例中相同的方式设置。

（第二实施例中的操作）

将解释第二实施例中正常时的操作(I)和异常时的操作(II)。

（I）正常时的操作

与第一实施例相似，在保护目标设备40A的发送时间，来自LAN控制器50的发送脉冲信号输出通过四个脉冲变压器43-1到43-4和四个绝缘变压器13-1到13-4被发送到模块插孔42。传送至模块插孔42的发送脉冲信号通过模块插头31被发送到LAN电缆30。

同样地，在保护目标设备40A的接收时间，从LAN电缆30发送的接收脉冲信号通过模块插头31输入至模块插孔42。输入至模块插孔42的接收脉冲信号通过四个绝缘变压器13-1到13-4和四个脉冲变压器43-1到43-4被LAN控制器50接收。

（II）异常时的操作

与第一实施例相似，例如，绝缘器13（=13-1至13-4）的可承受电压设置为约13kV。另外，内电容Ci的可承受电压设置为大约1.5kV并且其静电电容值被设置为1000pF，并且，响应于此，寄生电容Cs的静电电容值被设置为115pF或10pF。

在如雷电电涌的异常电压Vmax（例如，13kV）从LAN电缆30进入的情况下，类似于第一实施例，异常电压Vmax的电流通过每个绝缘变压器13的寄生电容Cs的电容耦合从初级绕组13a传递到次级绕组13b。穿过每个绝缘变压器13的寄生电容Cs的异常电压Vmax的电流通过每个脉冲变压器43中第一绕组43a的中间抽头、每个电阻44和内电容Ci被释放到接地侧。此时，由于寄生电容Cs和内部电容Ci被串联接地，异常电压Vmax被寄生电容Cs和内电容Ci分压，分压电压Vs被添加到寄生电容的Cs并且分压电压Vi被添加到内电容Ci。

内电容Ci的静电电容值被设置为1000pF，并且，响应于此，寄生电容Cs的静电电容值被设置为115pF或10pF。因此，由于内电容Ci的分压电压Vi低于1.5kV，内电容Ci不被损坏。

同时，关于所述绝缘器10中可承受电压性能系统值13kV，如果如雷电电涌的异常电压Vmax（例如1.2/50μs和15kV）从LAN电缆30进入，有风险在于：绝缘变压器13（=13-1至13-4）被击穿；过大的异常电流从这些绝缘变压器13的初级绕组13a的一侧被释放到次级绕组13b的一侧；保护目标设备40A被损坏。为保护保护目标设备40A不像上述那样被等于或高于可承受电压的异常电压Vmax击穿，绝缘变压器13的可承受电压性能系统值可以根据可预见的异常电压Vmax设置为等于或高于13kV的值。此外，在存在由于异常电流导致壳体41内空气热膨胀而引起壳体41爆裂的风险的情况下，例如，类似第一实施例，有可能采用在壳体41的侧表面中形成压力释放孔26并且该孔26由密封件27密封的预防性措施。

（第二实施例的效果）

根据第二实施例，可获得第一实施例的效果（i）的相似效果。此外，形成通信线路绝缘器10A的四个绝缘变压器13（=13-1至13-4）集成在保护目标设备40A的一侧上的壳体41中。因此，通过省略组件例如图1中所示的LAN电缆14和模块插头15，可能减小整个设备的尺寸。

第三实施例

（第三实施例的结构）

图8A是示出根据本发明的第三实施例的通信线路绝缘器10B的粗略的电路结构图，并且图8B是示出根据第三实施例的保护目标设备40B的粗略的电路结构图。图8A和图8B中，给与说明第一实施例的图1A和图1B中组件相同的组件分配相同的参考标号。

根据第三实施例的通信线路绝缘器10B是一个具有耐高压性能和不接地的外部绝缘型LAN SPD（例如：对应于以太网（注册商标）标准的10Base-T或100Base-TX SPD）。该绝缘器10B可拆卸地连接在LAN电缆30和对应于通信设备的保护目标设备40B之间。

与第一实施例相似，绝缘器10B有由绝缘材料（例如，合成树脂材料）制成的壳体11，并且模块插孔12连接到此壳体11的侧表面。在壳体11中，存储发送绝缘变压器13-1和接收绝缘变压器13-2。绝缘变压器13-1和13-2中每一个都包括初级绕组13a和次级绕组13b，其中每个初级绕组13a连接到模块插孔12并且每个次级绕组13b连接到LAN电缆14的一端。与第一实施例类似，绝缘变压器13-1和13-2的初级绕组13a和次级绕组13b之间有寄生电容Cs。与第一实施例类似，LAN电缆14的另一端从壳体11的侧表面被拉出至外部，并且模块插头15连接到LAN电缆14的另一端。模块插头15可拆卸地连接到保护目标设备40B。

与第一实施例类似，保护目标设备40B包括，例如，ONU、HGW和PC，并且每个组件按下述存储在壳体41中。模块插孔42连接到壳体41的侧表面。壳体41中，存储有发送脉冲变压器43-1，接收脉冲变压器43-2，用于阻抗匹配的六个电阻44-1、44-2和45-1至45-4，共用内电容Ci和LAN控制器50B组成的内电路或类似电路。

与第一实施例相似，脉冲变压器43-1和43-2中的每一个包括初级绕组43a和次级绕组43b，每个初级绕组43a连接到模块插孔42并且每个次级绕组43b连接到LAN控制器50B。脉冲变压器43-1和43-2中每一个的初级绕组43a的中间抽头通过电阻44-1和44-2和共用内电容Ci被接地到壳体41的结构接地端子。模块插孔42的四个可用电极是通过电阻45-1至45-4和共用内电容Ci被接地到壳体41的结构接地端子。与第一实施方式相似，例如，电阻44-1，44-2和45-1至45-4的每一个的电阻值是75Ω并且共用内电容Ci的电容值是1000pF。

LAN控制器50B具有按照切换的方式来发送和接收发送脉冲信号和接收脉冲信号的发送和接收功能。此LAN控制器50B被配置为：在发送时，发送自一个未示出的保护目标设备本身产生的发送脉冲信号至发送脉冲变压器43-1；并且，在接收时，接收来自接收脉冲变压器43-2的接收脉冲信号并将其传送至未示出的保护目标设备本身。

其他配置与第一实施例类似。

（第三实施例中的可承受电压性能的设置）

第三实施例中的可承受电压性能的设置与第一实施例的方式类似。

（第三实施例中的操作）

将解释在第三实施例中正常时的操作（I）和异常时的操作（II）。

（I）正常时的操作

在保护目标设备40B的发送时间，来自LAN控制器50B的发送脉冲信号输出通过发送脉冲变压器43-1、模块插孔42、模块插头15、LAN电缆14和发送绝缘变压器13-1被发送到模块插孔12。模块插孔12发送的发送脉冲信号通过模块插头31被发送到LAN电缆30。

此外，在保护目标设备40B的接收时间，LAN电缆30发送的接收脉冲信号通过模块插头31、模块插孔12、接收绝缘变压器13-2、LAN电缆14、模块插头15、模块插孔42和接收脉冲变压器43-2被接收至LAN控制器50B。

（II）异常时的操作

与第一实施方式相似，例如，绝缘变压器13-1和13-2的可承受电压设定为约13kV。此外，内电容Ci的可承受电压设置为大约1.5kV并且其静电电容值被设置为1000pF，并且，响应于此，寄生电容Cs的静电电容值被设置为115pF或10pF。

在如雷电电涌的异常电压Vmax（例如，13kV）从LAN电缆30进入的情况下，类似于第一实施例，异常电压Vmax的电流通过绝缘变压器13-1和13-2的寄生电容Cs的电容耦合从初级绕组13a进入次级绕组13b。流经绝缘变压器13-1和13-2的寄生电容Cs的异常电压Vmax的电流通过脉冲变压器43-1和43-2中第一绕组43a的中间抽头、电阻44-1和44-2以及内电容Ci释放到接地侧。此时，由于寄生电容Cs和内部电容Ci串联接地，异常电压Vmax被寄生电容Cs和内电容Ci分压，分压电压Vs添加到寄生电容Cs并且分压电压Vi添加到内电容Ci。

同时，关于所述绝缘器10B中可承受电压性能系统值13kV，如果如雷电电涌的异常电压Vmax（例如1.2/50μs和15kV）从LAN电缆30进入，类似于第一实施例，有风险在于：绝缘变压器13-1和13-2被击穿；过大的异常电流从绝缘变压器13-1和13-2的初级绕组13a的一侧被释放到次级绕组13b的一侧；保护目标设备40B被损坏。如果这样的异常电流在存储绝缘变压器13-1和13-2的壳体11中流动，由于异常电流导致的空气热膨胀引起的内部压力迅速增加，密封壳体11的孔26的密封件27被移除或破坏，同时内压从孔26被排出到外部。通过这种方式，可能防止壳体11爆裂。

同样地，类似第一实施例，为保护绝缘器10B不像上述那样被等于或高于可承受电压的异常电压Vmax击穿，绝缘器10B的可承受电压性能系统值可以根据可预见的异常电压Vmax设置为等于或高于13kV的值。

（第三实施例的效果）

根据第三实施例，可获得与第一实施例中效果（i）和（ii）类似的效果。

第四实施例

（第四实施例的结构）

图9是示出根据本发明的第四实施例的通信线路绝缘器10C和保护目标设备40C的粗略的电路结构图。图9中，给与说明第三实施例的图8A和图8B中组件相同的组件分配相同的参考标号。

根据第四实施例的通信线路绝缘器10C是一个具有耐高压性能和不接地的内置绝缘型LAN SPD（例如对应于以太网（注册商标）标准的10Base-T或100Base-TX SPD）。在该绝缘器10C中，组成通信线路绝缘器10C的发送绝缘变压器13-1和接收绝缘变压器13-2设置在存储对应于通信设备的保护目标设备40C的壳体41中。

模块插孔42连接到存储保护目标设备40C的壳体41的侧表面。连接LAN电缆30的模块插头31可拆卸地连接到模块插孔42。壳体41中，存储有构成通信线路绝缘器10C的传送绝缘变压器13-1和接收绝缘变压器13-2，发送脉冲变压器43-1，接收脉冲变压器43-2，用于阻抗匹配的六个电阻44-1、44-2和45-1至45-4，共用内电容Ci和LAN控制器50B组成的内电路或类似电路。

如图8A所示，绝缘变压器13-1和13-2中的每一个包括初级绕组13a和次级绕组13b，其中每个初级绕组13a连接至模块插孔42并且每个次级绕组13b连接至脉冲变压器43-1和43-2中的每一个的初级绕组43a。类似图8B，脉冲变压器43-1和43-2中每一个的初级绕组43a的中间抽头通过电阻44-1和44-2以及共用内电容Ci接地到壳体41的结构接地端子。与第三实施例相似，模块插孔42的四个可用电极通过电阻45-1至45-4以及共用内电容Ci接地到壳体41的结构接地端子。类似第三实施例，例如，电阻44-1，44-2和45-1至45-4的每一个的电阻值是75Ω并且共用内电容Ci的电容值是1000pF。另外，脉冲变压器43-1和43-2的次级绕组43b连接至LAN控制器50B。

（第四实施例中可承受电压性能的设置）

第四实施例中的可承受电压性能的设置以与第三实施例中相同的方式设置。

（第四实施例中的操作）

第四实施例中正常时的操作的和异常时的操作实际上与第三实施例相同。

同样地，作为异常时的操作，类似于第二实施例，关于绝缘变压器13-1和13-2的可承受电压性能系统值13kV，如果如雷电电涌的异常电压Vmax（例如：1.2/50μs和15kV）从LAN电缆30进入，有风险在于：所述绝缘变压器13-1和13-2被击穿；过大的异常电流从这些绝缘变压器13-1和13-2的初级绕组13a的一侧被释放到次级绕组13b的一侧；保护目标设备40C被损坏。为保护保护目标设备40C不像上述那样被等于或高于可承受电压的异常电压Vmax击穿，绝缘变压器13-1和13-2的可承受电压性能系统值可以根据可预见的异常电压Vmax设置为等于或高于13kV的值。此外，在存在由于异常电流导致壳体41内空气热膨胀而引起壳体41爆裂的风险的情况下，例如，类似第一实施例，有可能采用在壳体41的侧表面中形成压力释放孔26并且该孔26由密封件27密封的预防性措施。

（第四实施例的效果）

根据第四实施例，可获得第一实施例中效果（i）的类似效果。另外，构成通信线路绝缘器10C的两个绝缘变压器13-1和13-2集成在保护目标设备40C的一侧上的壳体41中。因此，通过省略组件例如图8A中所示的LAN电缆14和模块插头15，可能减小整个设备的尺寸。

第五实施例

图10是示出根据本发明的第五实施例的保护目标设备40D的主要组件的粗略的电路结构图。图10中，给与说明第一实施例的图1A和图1B中组件相同的组件分配相同的参考标号。

第五实施例的保护目标设备40D中，共模扼流线圈46串联连接在模块插孔42和脉冲变压器43-1的初级绕组43a之间。同样地，虽然图中未示出，共模扼流线圈46串联连接在模块插孔42和每一个其他脉冲变压器43-2到43-4的初级绕组43a之间。通过设置这样的共模扼流线圈46，抑制了共模噪声并且提高了保护目标设备40D的性能。

另外，如果第二实施例、第三实施例和第四实施例中也有上述模块插孔42，保护目标设备40A，40B和40C的性能也会提升。

第一至第五实施例的其他变型例子

本发明并不限于上述第一至第五实施例，可能有各种实用形式或变型。关于这些实用形式或变型例子，例如，有以下（a）至（c）。

（a）第一至第五实施例中的通信线路绝缘器10、10A、10B和10C以及保护目标设备40、40A、40B、40C和40D可以改变为不同于附图中的其他电路或结构。例如，图1A或图8A中，可以改变为略去LAN电缆14并且将模块插头15连接到壳体11的侧表面的结构。同样地，保护目标设备40、40A、40B、40C和40D中的电阻44-1至44-3和45-1至45-4可以被略去。此外，图3A和图3B中，虽然类似绝缘变压器13-1至13-4，每行直插式封装绝缘变压器13，也可全部地全行直插式封装它们。

（b）组成壳体11的合成树脂材料可以改为其它绝缘材料，如陶瓷。

（c）第一至第五实施例中，虽然根据LAN电缆30解释通信线路绝缘器10、10A、10B和10C，本发明的通信线路绝缘器是适用于LAN电缆30之外的其他通信线路的。

Claims

1.一种通信线路绝缘器，配置有绝缘变压器，该绝缘变压器包括连接到通信线路的初级绕组和连接到与该通信线路进行通信的保护目标设备的次级绕组，并阻止从通信线路进入异常电压从而保护该保护目标设备，其中：

所述保护目标设备具有通过脉冲变压器向通信线路发送/从通信线路发送接收脉冲信号并执行通信的功能，所述脉冲变压器包括连接到绝缘变压器的次级绕组的一侧的初级绕组和连接到保护目标设备的内电路侧的次级绕组，所述脉冲变压器的初级绕组的中间抽头通过保护目标设备的内电容接地；以及

所述绝缘变压器的初级绕组和次级绕组之间引起的寄生电容和所述内电容串联连接，异常电压被寄生电容和内电容分压，并且设置寄生电容的电容值使得内电容的分压电压等于或低于一个预定值。

2.如权利要求1的通信线路绝缘器，其中，

所述绝缘变压器存储在由绝缘材料制成的壳体中并且外部附接到保护目标设备；

压力释放孔形成在壳体的外表面；以及

该孔由当壳体中的内压力增加时可以打开的密封件而密封。

3.如权利要求2的通信线路绝缘器，其中，所述绝缘材料是合成树脂材料。

4.如权利要求1的通信线路绝缘器，其中，所述绝缘变压器集成在所述保护目标设备内。

5.如权利要求2的通信线路绝缘器，还包括：

绝缘变压器；

第一输入/输出连接器，该连接器连接到所述绝缘变压器的初级绕组并可拆卸地连接到所述通信线路；以及

第二输入/输出连接器，该连接器连接到绝缘变压器的次级绕组并可拆卸地连接到保护目标设备，其中：

所述绝缘变压器和所述第一连接器存储在壳体中；以及

第二连接器通过电缆从壳体中拉出。

6.如权利要求3的通信线路绝缘器，还包括：

绝缘变压器；

所述绝缘变压器和所述第一连接器存储在壳体中；并且

第二连接器通过电缆从壳体中拉出。

7.如权利要求3的通信线路绝缘器，还包括：

绝缘变压器；

第二输入/输出连接器，该连接器连接到绝缘变压器的次级绕组并可拆卸地连接到保护目标设备，

其中，所述绝缘变压器、所述第一连接器和所述第二连接器存储在壳体中。

8.如权利要求1至7中任一项的通信线路绝缘器，其中，所述中间抽头通过用于阻抗匹配的电阻和所述内电容接地。

9.如权利要求1至7中任一项的通信线路绝缘器，其中，所述脉冲变压器的初级绕组通过共模扼流线圈连接到所述绝缘变压器的次级绕组的一侧。

10.如权利要求8的通信线路绝缘器，其中，所述脉冲变压器的初级绕组通过共模扼流线圈连接到所述绝缘变压器的次级绕组的一侧。

11.如权利要求1至10中任一项的通信线路绝缘器，其中，所述通信线路是局域网。