CN1046824A - 通信线路接口电路的保护装置 - Google Patents

Abstract

根据本发明的新颖的电路保护装置，主要可包括一个厚膜电阻器和一个机械耦合的熔断导体，当电阻器不能有效地开路时，该熔断器可以断开。厚膜电阻在应用于超过额定功率值的场合下出现特有的断裂而折成两半，也就是说，印有厚膜电阻的基片断成两截，从而使电路在电性能及物理性能上(机械结构上)都处于开路状态。本发明利用了常用的厚膜基片的预期的断裂方式的这种优点。

Description

本发明涉及一种保护通信用户线路的接口电路免受高电压损坏的装置，还涉及一种新颖的熔断装置或电路保护装置，用于保护包括固态电路在内的各种各样的电路。

已经知道，为了保护用户线接口电路，以下简称（SLIC），以免在用户线的塞尖与塞环导体上出现异常的高电压，通常使用固态元件。雷电冲击，和/或交流电源交扰，尤其是采用碳精块耦合实现对地导电的情况下，都可能引起这种异常的高电压。此外，可以在每个电话线导体与地之间联接一个采用例如齐纳二极管，SCR消弧器，MOV或二极管的固态电压限制装置。还有，为了把最大冲击电流限制在一个有限值，可以在每条线路中插入一个例如100Ω的小电阻。由于限流电阻必须串联地插入电话线导体与其连接，这就要求各电阻在几分之一欧姆的精度上相等，以免对电话线接口的纵向平衡产生有害的影响。

由于精密电阻的造价昂贵，做为权宜之计，在用户线接口电路和某一条线路之间可采用负反馈回路，该反馈回路的作用是均衡阻抗，使各电阻间严重的失配得以补偿。但是这种反馈回路的存在又产生出另外的问题，就是在由于雷电或交流电源交扰而引起冲击的情况下，线路中传输的功率可能会超过电阻的功率定额，从而引起电阻熔断而形成电气开路。

然而，即便是在熔断的情况下，电阻的两端之间仍然会存在物理的连接，而这种连接可能不具有使用户线接口电路与冲击电压相绝缘的足够的介电强度。此外，通常具有高阻抗的反馈回路与SLIC的连接点，在各种情况下都是暴露在高电压的作用之下的。实践已经告诉我们，这种高压冲击经常损坏高阻抗的连接点，而对其进行修理或替换则需付出昂贵的代价。

由Brightman等人发明的名称为“用于端口控制的交互作用处理器装置”的美国专利US-4，479，034中公开了一种电话交换设备的具体实施例，其中的SLIC可以连接保护网络。其中的实施例给出的是一个控制站，或电话交换机。另一个这类实施例在Haresh    Jotwani发明的美国专利US4，621，351中公开。发明名称为“电池反馈电路”的美国专利4，476，350展示了一种使用传统反馈路径的SLIC技术的特例。

根据本发明的新颖的电路保护装置，主要可包括一个厚膜电阻器和一个机械耦合的熔断导体，当电阻器不能有效地开路时，该熔断器可以断开。厚膜电阻在应用于超过额定功率值的场合下出现特有的断裂而折成两半，也就是说，印有厚膜电阻的基片断成两截，从而使电路在电性能及物理性能上（机械结构上）都处于开路状态。如同以下将要看到的，本发明利用了常用的厚膜基片的预期的断裂方式的这种优点。

基片的断裂是由于基片两个表面上不相等的热膨胀而造成的。本发明的基本实施例中，热量仅在脆性基片的一个表面，即设置有电阻的表面上产生，因此，该表面上的热膨胀比另一面大。基片两表面上的温度差会引起集中在基片中部的机械应力。当由于应力的作用使该脆性基片沿垂直中心线断裂开时，依照本发明，电阻以及相邻的熔断导体不仅在机械性能上，而且在电性能上都被断开。

本发明的新颖性的进一步的基础在于这样的事实，即用于与电路保护装置相连接的输入和输出引线是以直线的方式焊在印刷电路板内的。这此输入和输出引线在线路中是基片的支撑体，并且在该基片的底部或接近底部的位置形成一个散热器。由此引起电阻底部与顶部间产生温度差，在器件顶部附近形成集中的机械应力，这种机械应力通常是与基片相平行的。

因此，基片上的整个机械应力是两个正交相关的温度差的直接结果，一个是一表面到另一表面的温度差，另一个是顶部到底部的温度差。这两个温度差引起的机械应力集中在基片的上中部位置上。

设在基片上的熔断导体的正确位置，是这一瞬断装置成功的关键。因此，将熔断导体放置在机械应力集中出现的位置上是十分重要的。该位置仅出现在横跨线路封装盒顶部的一侧。正交相关的机械应力集中在该位置上，当通过电阻的过电流达到预定值时，基片就会发生折裂或断裂。

为了使本发明能正确地工作，对熔断导体而言，最重要的是要使熔断导体在电阻开路之前就完全折断，因为电阻产生的热量是形成机械应力的根源。假如电阻在该新型熔断导体被折断前就开路的话，其机械应力在熔断导体断开之前可能就消失了，这样的装置在保护敏感器件方面一点也不比已有的单用基本电阻的装置更有效。

如前所述，这一装置的形状是，熔断导体引线横跨该装置的顶部，这样，由于电阻发热，在两个垂直相关的挠曲效应作用下可确保其断裂。这一导线是与相邻的固态SLIC的反馈方向或高阻抗输入端相串联的。当电阻基片因过电流通过电阻而从中间发生断裂时，由于存在于电阻器和熔断导体之间的新颖的机械耦合方式，该熔断器也会发生不规则地折断。因而出现了极为有益的情况，即固态SLIC的高阻抗和低阻抗输入端均对高电压形成电绝缘和物理绝缘，从而很有效地保护了昂贵的SLIC。

如同在后面要长篇阐述的那样，这种装置的一个实际优点是，当电阻损坏时，SLIC的所有暴露的输入端均对外部电压形成电绝缘和物理绝缘。由于本发明装置中电阻部分的损坏发生在SLIC出现任何损坏之前，可以想象，用户可以迅速地更换一个相对廉价的部件或元件。由此无需求助于生产厂家就可以使线接口电路恢复正常的工作。

本发明的新颖之处可列举以下几条：

1、电阻器与熔断导体的机械耦合方式。

2、对厚膜电阻的断裂机制的利用。

3、沿着基片顶部放置该熔断导体，以增大在恰当的时间使其断裂的可能性。

4、SLIC的所有暴露的输入及输出端都形成电气的以及物理的（机械的）绝缘。

可以看出，这种电路保护装置可以用薄膜电阻技术来构成，不过是薄膜的生成要稍昂贵一些。熔断导体也可以同电话线导体串联连接并且按这种方法使SLIC与外部电势相隔离。但采用这种方式时，势必不得不采用相对昂贵的材料或浸焊，以使电阻值减至最小，使纵向平衡不受影响。

热致机械应力是本新颖装置的基本断裂方式或机理。如果把电阻同时印在基片的两个表面上，该基片就可以做的较小并能承受同样的功率，但此时两个电阻的欧姆值必须是不同的。利用基片每一表面上的电阻可以降低两个基片表面之间的温度差，因而会发生基片两表面热膨胀相等或弱“弯曲”（机械应力）的情况。因为断裂是所期望的效应，同时还希望使用小的廉价电阻，因此，采用不等值的电阻是有利的，每个表面上有一个电阻，形成一个具有所要求的热差（机械应力）的较小电阻，该电阻按断裂或折断成两块或多块的方式实现预期的破损效应。

本发明并不局限于使用单个熔断导体，为了在多路条件下应用本发明，非常希望使用多个彼此电气隔离的熔断导体。

本发明的一个基本目的是保护高阻抗输入端不受过压条件的影响，实现该目的是借助于使用小的，廉价然而高效的电路保护装置，该装置是利用热致机械应力来完成其功能的。

本发明的另一个重要目的是提供一种高度可靠的电路保护装置。它利用了电路过载时出现的正交相关的挠曲效应，以切断并绝缘高阻抗电路输入端。

本发明的另一个目的是提供一种小的，低价，在热致应力作用下可靠地防止对诸如半导体器件，电阻器，电容器等高阻抗电路的过电压损坏的装置。

本发明的上述目的及其他目的以及其特征和优点将会有更清楚的描述。

附图1给出的是一个本发明最佳实施例的简化形式，为清楚起见，略去了装置的一些部件。

图2a是根据本发明的保护装置的一个简化透视图，它展示出脆性基片在正常时是平直的，并且比印在其上的电阻元件层厚得多;

图2b与图2a类似，但它展示的是当电阻元件有过量电流流过时，该基片趋于弯曲，并实际上沿着垂直于中心线的位置断裂的情况;

图2c与图2a及图2b相类似，但它展示出的基片是由三个沿一条直线插入线路板的引线来支撑的，该图还示出了当电阻元件上有过量电流时基片顶部发生弯曲的情况;

图2d是一个简化图，它反映了图2b的弯曲情况及图2c的弯曲情况相结合后的结果，结合的结果是断裂集中在基片的中上部;

图3表示一个实施例，其中，作为电阻元件的基片的同一表面上装有多条电气上彼此分离的熔断导体;

图4是根据本发明的一个双面实施例的透视图，不同欧姆值的电阻元件被平行地置于基片的两个相对的表面;

图5是一个方框图，它展示了一个典型的实例，其中与本发明的电路保护装置的电阻元件相联的一个引线与一个低阻抗电路相联，而连接熔断导体的一个引线与一个高阻抗电路相联;

图6以图示的方法展示出依照已有技术，即已知的利用电阻元件来设计保护一个固态用户线接口电路，使其免受过电流损坏的方法;

图7与图6十分相似，但它示出了另一对反馈回路，它们用来均衡线路阻抗，因此可以补偿电阻值间的失配;

图8是一个反映电流限制电阻损坏结果的图，同时还反映了留下的等效电路所引起的不良效果;

图9反映了一对本发明的新颖装置与前述电路结合使用后的情况，每个装置中的电阻元件都是与低阻抗电路相联接，而每个装置中的熔断导体均用于高阻抗电路中;以及

图10是一个说明图，它说明作为本发明的新颖装置工作的结果，如何在有过大电流经过电阻元件时两套电路被切断的情况，被切断的不仅是低阻抗电路，利用这样的电路，可以对相连接的用户线接口电路实现彻底的保护。

首先参考图1，我们看到的是根据本发明的电路保护装置10的基本实施例，它采用了新颖的结构，保护的不仅仅是单一的电路。装置10采用的基片12是坚固的扁平部件，由非导体脆性材料例如矾土基片构成。基片12通常为长方形，并且相当薄，比如说仅有0.040英吋厚，它具有两个相对的平行平面，理想的基片材料具有大于90%的矾土标定特性，其热容量大约为9千焦耳/千克℃，很明显，本发明对基片的材料及特定的厚度都没有限制。

如果基片是按图1所示的垂直状态使用，一般将平行地相对的边16和18的平面称为第一平面及第二平面。

以后还要谈到，本发明的电路保护装置的关键之处是，脆性基片的下部边缘16相对于装有基片的电路板30是牢牢固定的，这样才能保证本发明的装置在过载情况下能够有效地工作。

在图1中可以注意到，基片12的支撑连接处是同电路相联的，例如用多个引线20，22和24使其与印刷线路板30相联。这些引线是沿着该基片的第一边即下边缘16直线排列的，这一点很重要，是为了使引线在插进线路板30上的孔时确保它们是精确地沿一直线放置。基片的下边缘16距线路板30可以有0.030至0.040英吋的间隙，以防止在基片上的电阻元件流过大电流时使电路板表面被烤焦。

图1中示出了第二边，即非常脆的基片的相对的边18是空着的，在所示的例子中，这一空边处于基片12的上部。

从图1中可以注意到，电阻材料是紧密附着在脆性基片12的一个表面上，采用的处理方式与一般标准的厚膜（或薄膜）电阻相同，举例来说，可在室温条件下将电阻材料涂复在基片上，而后再将基片烘烤（烧结）以使电阻材料具有坚硬的材料性质。如下所述，将电阻材料加在脆性基片上需要几个不同的步骤，例如说，需要清洗，镀膜，干燥，烧结基片等若干个步骤，该电阻材料可以由碳-金属混合物构成。

电阻元件26横向伸延覆盖了基片一个表面的大部分区域，并且通常是与第一边16平行布置的，沿着该边缘设有连接引线。还可以看到，电阻元件26是通过引线20和22与相关的电路的第一部分实现电气连接的。

根据本发明，熔断导体28也是紧紧附着在基片12的同一扁平面上的，如图1所示，其位置恰好在电阻26之上。这种熔断导体，举例来说，可以由钯银合金，铝条或类似物构成。在某些例子中，可以称这种熔断导体28为“熔断条”，“可熔导体”，或“导线”等等。熔断导体28通常装在邻近电阻元件26并靠近基片12的上边缘或第二边18的位置上。还应注意到该熔断导体28是经过两个前述的引线，即引线20和24同相关的电路44的第二部分实现电连接的。

还应注意到，本发明即可由厚膜技术实现，也可由薄膜技术构成，不过是厚膜费用较低，而薄膜具有较高的技术性能。然而就防止相关电路的损坏而言，即出现基片的断裂或破碎，使电阻元件及熔断导体同时断裂，这两种技术是没有区别的。采用薄膜技术或厚膜技术是特定的，但不会同时交叉使用两种技术。

在某些时候，有可能同时形成熔断导体和电阻元件。举例而言，它们的电阻值范围是相同的，诸如，熔断导体具有8欧姆的阻值而电阻元件是一个20欧姆的电阻。但是，当两者的所需阻值有很大差异，诸如，所需熔断导体是8欧姆阻值而电阻元件为100欧姆时，就不大可能同时制造它们。

为了隔绝潮湿空气，以获得长期稳定的电阻值，有时可将基片及其包含的元件一起封装在玻璃面釉或适当的塑料制成的密封壳内，然而这种封装不属于本发明的范畴。

参考图2a，我们可以得到一些关于电阻26及基片12在未受应力的情况下正常状态的基本印象，该图是没有标尺寸的。当电阻内流过的电流属于正常值范围，基片保持平直状态，但当有过大电流通过时，电阻就会受热而变长，图2b是一个详细的说明图，使我们对本发明在实际使用中有过大电流流经电阻时产生的机械应力有一个清楚的了解。

在图2b中，与电阻26相对的基片12的另一边的长度L，是基片的基本长度或原长度，而长度L+DL表示由于有过大电流经过电阻26时在基片表面附近引起热膨胀而产生的结果的基片长度。

类似地，在图2b中靠近基片12底部的T表示基准温度。而以靠近该基片顶部的T+DT表示由于过大电流经过电阻时基片表面温度的上升。

应当认识到，当有一定量电流流经电阻元件26时，会使其变热及膨胀，并引起基片该表面的膨胀大于基片反面的膨胀，这是因为该脆性基片中的热传导有一个时间延迟。换句话说，我们采用的基片材料具有很低的热传导性能。

作为我们所采用的技术的结果，在图2b中的电阻材料及基片，当有过大电流流过电阻时都会导致弯曲形变。基片材料能在某种程度上承受电阻材料的形变及膨胀，但由于基片相当脆，并且完全无力承受太大的弯曲形变，基片两表面上不同的发热会使基片材料上形成垂直的裂缝32。即在沿垂直于线路板30的方向上形成了裂缝。因此，在本发明中，该裂缝是作为机械应力的直接结果而产生的。

作为这种基本断裂方式的结果，本发明的某些实施例被设计成能在通过大电流时发生断裂。本发明的这些实施例可被有效地用于采用可替换的机械连接方式把基片固定在线路板上的场合，这种场合下，该基片不使用排成一列的引线按基本垂直的关系插入电路板内。

本发明的其他一些实施例中，可以包含有比前面提到的更大的机械应力，如图2C所示，还有一个与第一个机械应力相垂直的第二机械应力出现，它是由基片材料内部产生的，其原因在于在线路板材料30中沿直线排列的引线20，22及24的固定焊接而产生的束缚力。

这一点是很重要的，即，当过大电流经过电阻26时，电阻发热并趋于膨胀。电阻的发热引起了邻接的基片表面明显地发热，而相反的另一基片表面的发热程度要低得多。由于第一即较低的基片边缘16受到排成一线的，有固定位置的引线20，22和24的限制，并且这些引线起到了一定的散热片的功能，因此沿着该边缘就相对地保持了原有的直线情况。第二边缘即上边缘18却是不受限制的，因此会发生平行于线路板的弯曲，如图2C所示，产生了水平裂缝33。

第一机械应力和第二机械应力的结合，导致应力集中在脆性基片的中上部分，即图2d中数字34标出的位置。最重要的一点是，由于有过大电流经过电阻26而使基片折断，导致熔断导体28的折断，从而使熔断导体的电路出现了有利的断裂或电路的开路现象，即便在熔断导体中没有过大电流经过时，这种断裂也会发生。

到目前为止可以看到，本发明的新颖部件10的优点是利用了厚膜电阻的特殊的断裂方式，或特殊的断裂机制而制成的。厚膜电阻由于承受过大功率而断裂成两截，也就是说，印有该电阻的基片断成两截，从而使电路无论从电性能及物理（机械）性能上都处于断开状态。这种断裂是由于其脆性基片的两个表面上发生了不相等的热膨胀所引起的一个过程。在本实施例中，由于仅在基片12的印有电阻的那个表面上产生热量，该表面上的热膨胀比基片的另一表面的热膨胀要大。如上所述，存在于基片两表面间的这一温度差导致了集中在基片中部的机械应力，使基片断裂，进而使元件断开。

同样如上所述，端点引线20，22和24是排列成一直线焊接在印刷线路板30中的。这些输入/输出引线排成一列支撑着基片12的底边缘16，使基片刚好处于线路板之上，并在基片底部起到一个散热片的作用。举例来说，基片与线路板间的缝隙为0.030至0.040吋。这样会使基片上部与下部间出现一个温度差，并如图2C中指出的那样，引起机械应力在装置的顶部聚集。

如前所述，在引线以直线方式焊固在线路板中的那些实施例中，由于两个温度差的存在，即第一个是基片第一表面和第二表面的温度差，第二个是基片顶部和底部的温度差的存在，会有一个由它们相结合而产生的应力。这种结合的应力，如图2d中34所示，集中在基片的中上部分。

条状熔断导体28在基片上的正确位置对本发明装置的成功是至关重要的。在前述几个实施例的附图中，这些熔断导体是横跨基片的顶部放置的，因为这一位置是热致机械应力的集中之处。正是这种机械应力的集聚，才使得基片发生断裂和折断。

尤其应当注意的是，在电阻26由于基片12断裂而开路之前，熔断导体28必须被完全切断。这是因为电阻内产生的热量是上述机械应力的来源。很明显，倘若电阻26在熔断导体28被切断以前就由于基片应力的作用发生断裂的话，该机械应力就会在熔断导体被切断前消失，这样会使本发明的装置一点也不比单用电阻工作的装置更有效。由此可见，上述的新颖装置在某种程度上模拟了限流电阻的断开。

因而可以认识到，本发明的一个关键特征是导线或熔断导体28横跨在本发明装置的顶部，该导体与本发明为之设计的固态SLIC的反馈传感器，即高阻抗输入端串联连接。然而，显而易见地，本发明可具有广泛地应用。

至此可以清楚地理解到，由于电阻和导体间存在机械联系，当基片断裂成两截时，导线28实际上几乎随着电阻的断裂同时折断。因而，最大的好处是，固态电路SLIC的高阻抗输入及低阻抗输入端都在电性能及机械性能上对高电压绝缘，所以能彻底地保护昂贵的SLIC。

一个装置并不仅限定使用一个熔断导体，如图3所示，根据本发明的装置可以在一个脆性基片上包括多个彼此电隔离的熔断导体。在图3的实施例中，画出了三个熔断导体，即导体28，38和40，它们都是横贯基片顶部放置的。可以看到，图3中并没有给出任何标度，然而应当想到，这三个导体所处的位置应是基片上最可能发生断裂的位置。

在这个使用多个熔断导体的典型实例中，这些熔断导体的其中一个，比如说熔断导体28，能够与电阻共用一个引线，该电阻是为了在有不期望的大电流出现在低阻抗电路中时引起基片断裂而设置的。

同样，当装置使用多于一个熔断导体时，也不限制在其实施例中所有熔断导体都处于基片的同一表面上，很明显，只要这些熔断导体被置于如图2d中34标出的位置上，即断裂集聚的位置，在基片的每一个表面至少可以有一个熔断导体可供使用。

在图4中，给出了一个在脆性基片的两个表面同时使用了电阻元件的实施例，这些元件在电路上具有并联的关系。在该实施例中，电阻36的位置基本上与电阻26所处的位置是相对的。

一个双面的实施例，如果要承受与单面实施例中相同的过载条件，其体积可以比单面实施例的体积要小。这种双面形式的实施例中体积可以变小，是由于基片的两个表面同时都被加热，因此，面与面之间的温度差被降低，从而使第一机械应力下降。

很明显，由于机械应力的作用是使基片在电路过载超过预定程度时使基片发生断裂的原因，而这种断裂可以使熔断导体相应地断裂，因此，千万不可使基片上的机械应力完全消失。过电流的这一预定程度可以通过这样的方法来设定，即计算出基片两面上电阻值的适当的差，以使基片足够地发热，导致基片在电路过载的同一时刻断裂。

如图4中所示，双面型实施例中的电阻一般采用并联关系。然而我们对此并不加以限制，因为在双面型部件中的电阻也可以采用串联关系。

在双面型的实施例中，可以采用一个或多个熔断导体，因为这是在本发明范围内的任务，即当有过大电流经过包括上述并联电阻在内的低阻抗电路时，用于断开一个或多个高阻抗电路。如图4所描述的那样，一熔断导体48可以装在相当靠近电阻元件36的位置上，而该熔断导体48在基片该表面上所处的位置与基片12另一表面上所用的熔断导体28的位置基本相同。

图5是一个本发明的新颖电路保护装置10的典型使用方法的方框图。构成装置10的各部件都处于典型的使用状态。如同将要看到的那样，与电阻元件相连接的引线22同低阻抗电路相连，而同熔断导体相连接的引线24同高阻抗电路相连，可以清楚地看到，不适当的电流经过高阻抗电路时，熔断导体会引起基片断裂。然而恰恰是因为此原因，我们设计的这样一个基片，使熔断导体在基片上所处的位置，恰好是当过大电流流经电阻元件26和低阻抗电路时导致基片最可能发生断裂的位置。由于熔断导体处在这样一个位置，当这样一个大电流经过电阻元件26时，它很可能发生断裂。

现在看图6，这里画出的是一个已知的用于对包含固态元件的用户线接口电路52进行保护使之免受出现在用户线的塞尖导体54及塞环导体56上的异常高压的损害的装置。举例来说，在由于雷击和/或交流电源交扰而引起的高压存在于用户线中的情况下，连在线54及56与地之间的碳块58a和58b会将电流导入地线。此外，固态限压装置60（比如说齐纳二极管，可控硅消弧器，MOV或二极管）接在地和每一个导体之间。

此外，一个小电阻26a插入线54中，而另一小电阻26b插入线56中。为了把最大冲击电流限制为一定值，每个小电阻的阻值大约为100欧姆。由于电阻26a和26b是插在线54和56中的，因此，为了保证不对电话线接口线路的平衡产生不利影响，这两个电阻的阻值必须在几分之一欧姆的精度上相等。

由于精密电阻的造价昂贵，因此可以采用图7所示的电路作为权宜之计。在这一电路中，在用户线接口电路52与线54及56之间，接有两个负反馈电路74和76。在图7中，与图6中完全相同的电路部分用相同的字符表示。反馈回路74和76的作用是用来均衡线54和56的阻抗，以使电阻26a和26b的阻值间的严重失配得到补偿。

然而，应当注意的是，反馈回路74和76的存在会引起另一个问题，就是在出现冲击电流的情况下，比如说由于雷击或交流电源交扰引起的冲击电流出现时，流入线54和56的功率流会超过电阻26a和26b所允许的功率额定值，从而引起这两支电阻熔断，形成电开路。可是，在熔断的条件下，电阻两端仍然可能有物理上的连接，这种连接可能不具备使SLIC52的输入端62a和62b与冲击电压完全绝缘的足够的介电强度。输入端62a和62b通常是低阻抗的。此外，通常为高阻抗的反馈回路74及76与SLIC52的连接端72a及72b在各种情况下都是暴露于冲击电压的。在图8中对这种情况图示的很清楚，其中，断开的电路是由于电阻26a及26b的损坏而造成的。实验已经表明，这种高压冲击，经常破坏高阻抗连接点72a和72b，一旦如此，就需要对SLIC52进行修理或替换，而这种工作是耗资昂贵的。

现在来看图9，它给出了本发明的一个最佳实例。整个电路80的构成包括有线接口电路（SLIC）52和与其连接的并用于对其保护以防止受到来自用户线的电冲击或过载现象损害的电路元件84和86。从图9中看到的用虚线长方形框标出的是电路元件84，另一个虚线长方形框表示电路元件86。这两个新颖电路的每一个都包含有一个电阻26和一个熔断导体28。电路80的类型同前述电路完全相同，它包含有高增益放大器，该放大器构成了反接在限流电阻的用户线一侧的负反馈回路部分。一对碳精块58a和58b以及限压器60的功能与它们在前述电路中所具有的功能相同。

根据本发明，第一个熔断导体及电阻结合成的电路组合件84，在电路的构成上是将其输入边与SLIC电路52的高阻抗负反馈引线72a直接进行电连接，而限流电阻输出边的引线是与电路52的低阻抗输入端62a直接相接的。第二个熔断导体和电阻单元86在塞环导体56与高阻抗负反馈引线72b及低阻抗输入端62b之间有相似的联接。

在图10中，用图示方法说明了图9中的电路元件84及86中的电阻26由于有过大电流经过时，这两个新颖电路部件是如何依照本发明的构思对昂贵的SLIC电路进行保护，使之免受过电压及过电流损坏的情况。在有危险电压出现时，有可能这两个新颖的熔断体及电阻单元同时起到保护SLIC的功能，对于本发明而言，并不要求它们同时起作用。

我们应该清楚，本发明的实施例可以包含有如图2b那样的构形，也就是说为了引起基片以及熔断导体的断裂，利用基片两个表面上不相等的热膨胀形成基本应力。根据本发明的一个实施例，基片的使用方式是被放置成与电路板基本成平行关系，这种使用方式同图1中给出的方式相反，图1中是基本为垂直的方式。

本发明的其他实施例采用了如图2d所描述的合成应力的方法，由于电阻条26的发热而出现了两个垂直相关的挠曲效应而导致在基片12上合成应力的聚集。按照本发明的这一实施例，这种应力的聚集是直接地对应着本装置中熔断导体的部分。基片12的断裂或折断将发生在聚集点34附近，以便确保靠近该点的熔断导体在条状电阻膜26被切断之前就完全被切断。

很明显，当采用本发明来保护一个SLIC时，在电阻元件破坏时，该SLIC的全部暴露的输入端对危险的电压都可以形成电气地及物理地绝缘。

同样很明显，所使用的材料的热，力及机械特性，以及其他相关电路元件的数值和电特性的选择都要确保在用户线接口电路发生任何损坏之前，其熔断体及电阻单元就已经破坏。

Claims (34)

1、一种用于保护一对电路的电路保护装置，它在上述电路中的一个第一电路中发生过电流时断裂，保护上述一对电路，其特征是该装置包括一个足够扁平的，非导体的脆性材料基片，基片的一个公共表面上附有相邻接的一个电阻元件和一个熔断导体，上述电阻元件是一个第一电路的一部分，上述熔断导体是一个第二电路的一部分，上述电阻元件在有过载电流通过时发热并引起上述脆性基片的邻接表面发热，上述脆性基片由于发热而伸长并随之断裂，上述脆性基片的断裂导致上述电阻元件和上述熔断导体发生断裂，从而切断上述第一电路，并几乎同时切断上述第二电路。

2、如权利要求1所述的电路保护装置，其中沿上述熔断导体并排设有一个第二熔断导体，这两个熔断导体间是电气隔离的，并且都随着上述基片的折断面断裂。

3、如权利要求1所述的电路保护装置，其中沿上述熔断导体并排设有多个彼此电气隔离的熔断导体，并且所有这些熔断导体都随着上述基片的断裂而断裂。

4、如权利要求1所述的电路保护装置，其中上述熔断导体设在上述基片的一个平面上，而一个第二熔断导体设在上述基片的相对的另一平面上，两个熔断导体彼此电气隔离，并且都随着上述基片的断裂而断裂。

5、如权利要求1所述的电路保护装置，其中设有一个第二电阻元件，上述第二电阻元件装在与上述电阻元件所在的基片表面相对的那个基片表面上。

6、如权利要求5所述的电路保护装置，其中上述第二电阻元件与上述第一个电阻元件在电学上成并联关系。

7、一种用于保护一对电路的电路保护装置，它在上述电路中的一个第一电路中出现过电流状态时断裂，保护上述一对电路，其特征是上述装置包括一个足够扁平的，非导体的脆性材料基片，该基片上附有彼此邻接的一个电阻元件和一个熔断导体，上述基片被安装在一块电路板上，并与该电路板成大体上垂直的关系，上述电阻元件设在上述基片上相当靠近上述电路板的位置上，并且上述电阻元件的一个边缘与该电路板的表面基本上平行，上述电阻元件是上述第一电路的一部分，而上述熔断导体是一个第二电路的一部分，上述电阻元件在有过电流通过时发热并引起上述脆性基片的邻接表面发热，上述脆性基片由于发热而伸长并随之断裂，上述脆性基片的断裂导致上述电阻元件和上述熔断导体发生断裂，从而切断上述第一电路，并几乎同时切断上述第二电路。

8、如权利要求7所述的电路保护装置，其中沿上述熔断导体并排设有一个第二熔断导体，这两个熔断导体间是电气隔离的，并且都随着上述基片的断裂而断裂。

9、如权利要求7所述的电路保护装置，其中沿上述熔断导体并排设有多个彼此电气隔离的熔断导体，并且所有这些熔断导体都随着上述基片的断裂而断裂。

10、如权利要求7所述的电路保护装置，其中上述熔断导体设在上述基片的一个平面上，而一个第二熔断导体设在上述基片的相对的另一平面上，两个熔断导体彼此电气隔离，并且都随着上述基片的断裂而断裂。

11、如权利要求7所述的电路保护装置，其中设有一个第二电阻元件，上述第二电阻元件装在与上述电阻元件所在的基片表面相对的那个基片表面上。

12、如权利要求11所述的电路保护装置，其中上述第二电阻元件与上述第一个电阻元件在电学上成并联关系。

13、一种用于保护一对电路的电路保护装置，它在上述电路中的一个第一电路中出现过电流状态时断裂，保护上述一对电路，其特征是上述装置包括一个足够扁平的，非导体的脆性材料基片，基片的一个公共表面上附有相邻接的一个电阻元件和一个熔断导体，上述基片被有效地安装在一块电路板上，并与该电路板成大体上垂直的关系，上述基片的一个边相当靠近该电路板而另一个边远离该电路板，上述电阻元件设在上述基片上邻近上述一个边的位置上，而上述熔断导体与上述电阻元件基本平行地布置但靠近基片的上述另一个边，上述电阻元件是上述第一电路的一部分，上述熔断导体是一个第二电路的一部分，上述电阻元件在有过电流通过时发热并引起上述脆性基片的邻接表面发热，上述脆性基片由于发热而伸长并随之断裂，其断裂的中心出现在非常靠近上述熔断导体的位置上，上述脆性基片的断裂由此导致上述电阻元件和上述熔断导体发生断裂，切断上述第一电路，并几乎同时切断上述第二电路。

14、如权利要求13所述的电路保护装置，其中沿上述熔断导体并排设有一个第二熔断导体，这两个熔断导体间是电气隔离的，并且都随着上述基片的断裂而断裂。

15、如权利要求13所述的电路保护装置，其中沿上述熔断导体并排设有多个彼此电气隔离的熔断导体，并且所有这些熔断导体都随着上述基片的断裂而断裂。

16、如权利要求13所述的电路保护装置，其中上述熔断导体设在上述基片的一个平面上，而一个第二熔断导体设在上述基片的相对的另一平面上，两个熔断导体彼此电气隔离，并且都随着上述基片的断裂而断裂。

17、如权利要求13所述的电路保护装置，其中设有一个第二电阻元件，上述第二电阻元件装在与上述电阻元件所在的基片表面相对的那个基片表面上。

18、如权利要求17所述的电路保护装置，其中上述第二电阻元件与上述第一个电阻元件在电学上成并联关系。

19、一种借助断裂来对一对电路进行保护的电路保护装置，其特征是上述装置包括一个足够扁平的，非导体的脆性材料基片，它具有两个相对平行的表面以及第一和第二边缘，通过多个沿上述第一边缘排成一线装设的连接引线把上述基片支撑在邻近的一个相关的电路板上，而上述基片的第二边缘，即相对的边缘空着，一个电阻元件紧紧地附着在上述基片的一个平表面上，横向伸延覆盖了上述基片的大部分区域并且通常平行于上述第一边缘，上述电阻元件通过一对上述连接引线与一个第一相关电路进行电连接，一个熔断导体也紧紧附着在上述一个平表面上，其位置通常与上述电阻元件相邻但距离上述基片的上述第二边缘较近，上述熔断导体通过连接引线与一个第二相关电路进行电连接，当上述电阻元件承受过电流时被加热，由此导致上述基片的邻接表面发热，使上述基片的这一邻接表面趋于伸长并随之在上述基片的中心部分产生一个相当大的机械应力，上述第一边缘由于受到上述排成一线的连接引线的束缚而保持相对的直线状态，而上述基片的上述第二边缘由于不受束缚，则在有相当大的过电流通过上述电阻元件时趋于发生显著的弯曲，促使上述脆性基片以及上述电阻元件和上述熔断导体发生断裂，从而即使在上述熔断导体中没有过电流经过时也可以断开或中断上述熔断导体的电路。

20、如权利要求19所述的电路保护装置，其中沿上述熔断导体并排设有一个第二熔断导体，这两个熔断导体间是电气隔离的，并且都随着上述基片的断裂而断裂。

21、如权利要求19所述的电路保护装置，其中沿上述熔断导体并排设有多个彼此电气隔离的熔断导体，并且所有这些熔断导体都随着上述基片的断裂而断裂。

22、如权利要求19所述的电路保护装置，其中上述熔断导体设在上述基片的一个平面上，而一个第二熔断导体设在上述基片的相对的另一平面上，两个熔断导体彼此电气隔离，并且都随着上述基片的断裂而断裂。

23、如权利要求19所述的电路保护装置，其中设有一个第二电阻元件，上述第二电阻元件装在与上述电阻元件所在的基片表面相对的那个基片表面上。

24、如权利要求23所述的电路保护装置，其中上述第二电阻元件与上述第一个电阻元件在电学上成并联关系。

25、一种借助断裂来对一个以上的电路进行保护的电路保护装置，其特征是该装置包括一个足够扁平的，通常为长方形的非导体脆性材料基片，该基片具有两个平行相对的平表面，该平表面沿一个方向上有两个相当直的且相对的第一和第二端边，借助于沿着上述第一边排成一线设置的多个连接引线把上述基片支撑在邻近一个相关电路的位置上，而第二个即相对的边空着，一个电阻元件紧紧附着在上述基片的一个平表面上，横向伸延覆盖了上述基片的大部分区域，并且通常平行于沿着该边装有上述连接引线的上述第一边，上述电阻元件通过一对上述连接引线与上述相关电路的一个第一部分进行电连接，一个熔断导体也紧紧附着在上述基片的上述一个平表面上，其位置通常与上述电阻元件相邻但距离上述第二边较近，上述熔断导体通过一对上述连接引线与上述相关电路的一个第二部分进行电连接，当上述电阻元件承受过电流时被加热，使上述基片的邻接表面发热并且膨胀，使之变得比上述基片的另一面要大，导致在上述基片中建立起一个相当大的应力，上述第一边由于受到上述排成一线的连接引线的束缚而保持相对的直线状态，而上述第二边由于不受束缚，则在有相当大的过电流通过上述电阻元件时趋于发生显著地弯曲，促使上述脆性基片以及上述电阻元件和上述熔断导体发生断裂，从而即使在上述熔断导体中没有过电流经过时也可以断开或中断上述熔断导体的电路。

26、如权利要求25所述的借助断裂对一对电路进行保护的电路保护装置，其中在上述脆性基片的平行相对的平表面上设有一对在电学上成并联关系的电阻元件，上述电阻元件具有不同的欧姆值，从而确保上述基片在有足够的过电流通过上述第一电路时发生断裂。

27、如权利要求25所述的借助断裂对一对电路进行保护的电路保护装置，其中在上述基片上设有一个以上的熔断导体，每个熔断导体与一个独立的电路相联，并且在足够的过电流通过上述电阻元件时，每一个上述熔断导体都被折断。

28、一种电元件，

其特征是该电元件包括一个基片，一个位于该基片的一个面上靠下部分的具有预定额定功率的电阻性材料，以及一个位于该基片靠上部分的带状导体;

第一电引线装置装在上述基片的下边缘上，并与上述电阻性材料有电连接;

第二电引线装置装在上述基片的下边缘上，并与上述带状导体有电连接;

在基片上，电阻性材料和带状导体的配置使上述电引线装置固定在一个外部电路中，并且在流过上述电阻性材料的电流超过其额定功率时使基片弯曲，从而在该基片的上部产生应力的集中，导致带状导体首先发生物理性断裂，电阻性材料随后也发生物理性断裂。

29、如权利要求28所述的电元件，其中基片是沿着横跨电阻性材料长度的第一方向以及该基片自下而上的第二方向出现弯曲的，从而产生上述应力的集中。

30、根据权利要求29的电元件，其中的基片包括一个长方形薄片部件，电阻性材料包括一个设在基片下部的长方形沉积膜，第一电引线装置包括从该基片下边缘接出的第一和第二接线柱，第一和第二导体印刷线分别从沿着上述沉积膜的相对的两个边缘并与其电连接的第一和第二接线柱伸出来，以及第二电引线装置包括上述第一接线柱和一个第三接线柱，上述第一导体印刷线延伸到上述带状导体的一端，以及一个第三导体印刷线从上述带状导体的另一端延伸到上述第三接线柱。

31、如权利要求30所述的电元件，其中上述沉积膜是厚膜沉积。

32、一个电信系统包括：

一个包括塞尖和塞环导体的用户线;

一个与用户线连接的用于使用户线与该电信系统的其余部分连接的用户线接口电路;

连接在塞尖，塞环及地线之间的冲击电压保护装置;

分别插入塞尖和塞环导体的第一和第二限流电阻，它们具有相等的标称值;

分别连接在塞尖及塞环导体与用户线接口电路之间的第一和第二反馈线，用于均衡用户线中的第一和第二电阻的阻抗;

一个第一电元件包括上述第一电阻和相应的反馈线的一部分，一个第二电元件包括上述第二电阻和相应的反馈线的一部分，其中上述第一和第二电元件均包括有：

一个基片，一个在该基片的一个表面上形成的电阻材料，一个在该基片的一个表面上形成的可熔性材料的带状导体，从而，在冲击情况下，元件的额定功率被超过，并且电阻材料的温度升高，由于温度差导致基片弯曲，由此使电阻材料和带状导体发生断裂，从而使用户线接口电路对用户线形成电气的以及物理的绝缘。

33、如权利要求32所述的系统，其中每个上述电元件包括在上述基片的下部形成的上述电阻材料，上述带状导体形成在该基片的上部，并且该电元件包括装在上述基片的下边缘上并与上述电阻材料电连接的第一电引线装置，以及装在上述基片的下边缘上并与上述带状导体电连接的第二电引线装置。

34、如权利要求33所述的系统，其中每个上述第一和第二电引线装置均包括一对悬挂在该基片下边缘上的接线柱。

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