CN2577490Y - 全电子集成电路保安单元 - Google Patents

Abstract

一种全电子集成电路保安单元，其电路包括一CLP270M专用集成电路IC，该集成电路IC的引脚TIPL和TIPS分别接在A”端和A’端，A”和A’之间连接电阻R1，引脚RINGL和RINGS分别接在B”端和B’端，B”和B’之间连接电阻R2，引脚GND接地，其特征在于：该集成电路IC的告警输出端FS与一状态锁存器的触发端连接，该状态锁存器在电源与地之间构成一控制主回路，主回路中串联有两个告警继电器和一个告警用LED指示灯，两个告警继电器分别将A”端和B”端接地或开路。本方案摆脱了传统利用器件发热熔化焊锡来控制簧片的机理，保护和告警动作灵敏，时间同步，可重复使用且可靠性高，是电话线路总配线架的新一代保安单元。

Description

全电子集成电路保安单元

                       技术领域

本实用新型涉及电话局通讯机房中程控交换机过电压、过电流保护装置，特别涉及固定电话网总配线架(MDF)上使用的保安单元。

                       背景技术

保安单元是现代通信设备中一个必不可少的部件，它主要用于防止外线在遭遇雷击或强电压(电流)侵入时，保护通信中枢设备——价值昂贵的程控交换机。现有技术中保安单元由过压保护元件(放电管)和过流保护元件(自恢复保险丝)和告警系统三大基本部件组成。纵观保安单元的发展，以过压保护元件分类，大致经历了三代产品：

第一代产品是气体放电管，其过压保护元件采用充有少量放射性的惰性气体的放电管。该产品国内在90年代初被大量使用，其优点是发热量高，告警动作稳定，但由于其气密性差，使用寿命短并有一定量的放射性同位素，不符合国家环保。因此，在进入90年代后期，逐步被第二代产品所取代。

第二代产品是半导体固体放电管，其过压保护元件采用特殊的半导体器件代替了气体放电管。由于该产品克服了气体放电管的缺点，提高了保安单元的使用寿命，同时又无放射性，因此，曾受到过用户欢迎。但是，由于其不可能产生过高的热量，离散性较大，因此，这种放电管普遍存在着因发热不够而造成保安单元告警性能不稳定，告警动作时间不一致的固有缺点。

以上两代保安单元的工作原理是：将放电管并联在线路上的，当线路上出现过电压时，放电管被此过电压击穿而使线路上的电压被放电管的放电电压所钳位而起到保护。与此同时，由于放电管击穿时，在管子内部会产生大量的热量，放电管的温度升高而使低温锡片熔化，改变告警簧片的间隙，使簧片接触产生告警信号。据有关资料介绍，气体放电管所产生的热量为20毫焦耳，熔化低温锡片是完全足够的。而半导体固体放电管所产生的热量为0.5毫焦耳，仅为气体放电管的四十分之一。气体放电管与固体放电管的相同之处是：(1)、利用器件温升发热来熔化低温焊锡，以改变簧片间距从而实现告警和接地；(2)告警和保护接地由簧片触点接触而形成。

正由于这些特点，给产品带来了许多不足之处：(1)、器件温升的一致性难以控制；(2)、低温焊锡的熔点的批次一致性相差甚大；(3)、告警和保护接地簧片的间隙一致性难以控制；(4)、由于告警接地和告警信号采用二组簧片，因此，二个簧片的触点接触不易同步，常会出现只有保护接地而没有告警或只有告警而不产生接地保护，而这二种状态均是不允许出现的。

随着电信事业的发展，人们对通信维护的要求也正在逐步提高，因此，目前国内正在推出第三代保安单元，希望能克服现有的第一、二代保安单元存在的种种弊病。

第三代产品是一种半电子式保安单元，即使用专用集成电路(CLP270M)的保安单元，这种保安单元是将过压检测、过流检测及告警等三个功能集成在一个CLP270M集成电路器件上，配以少量外围元件组成新一代的保安单元。只要器件检测到过压或过流，即通过FS端发出告警(接地)信号。该器件具有检测灵敏度高，动作速度快等优点。目前正在部份省、市中试用。

目前，我们收集了推向市场的各种集成电路保安单元，通过对它们的结构分析和对集成电路内部电路功能的分析，认为：目前这种集成电路保安单元没有完全合理地使用该器件的应有性能，从实现“告警功能”而言，仍然延用了第一、二代保安单元中利用器件温升发热来熔化低温焊锡的思路，而这种机理对半导体器件来说是最忌讳的。

众所周知，一般半导体器件的P-N结有规定的结温要求，如Si器件，其P-N结的最高结温为150℃；Ge器件，其最高结温为75℃，器件超过这个结温，P-N结将会失效，器件就会失去功能。因此，人们为了避免器件失效，常常采用多种手段降低器件温升，也就是讲，在使用半导体器件中，最忌讳的是器件温度升高。在第二代保安单元中使用的半导体固体放电管是属于硅器件，为了使其能满足保安单元的特殊需要，器件生产单位采用了特殊工艺，尽量使其温度能升高，但最高也不能超过150℃。因此，作为保安单元，用半导体器件作为过压保护是可以的，但要其能温度升高熔化低温锡片是十分勉强的。

根据CLP270M集成电路内部框图(附图1)和推荐典型应用电路图(附图2)，现器件工作状况分析如下：

过压检测：当线路遭遇过压电压时，当过电压值大于器件的过压检测驱动单元的门限阀值时，过压检测驱动器使器件内部的电子开关SW1(或SW2)由截止至导通，将过压电压短路接地，使A’(或B’)端输出为零，保护了设备。又由于SW1(或SW2)动作后，使过压检测驱动器无过压或过流信号检测，该驱动器又恢复原状，SW1(或SW2)再由导通至截止。如果此时外部过压还未排除，驱动器再次重复上述过程，这样器件一直处于这种不断反复的开关转换状态，直至外部过压电压撤除为止。与此同时，器件每次从截止转至导通，SW3(或SW4)也会同步闭合接地一次，即从FS端发出告警(接地)信号一次。

过流检测：过流电流流经外接电阻R1(或R2)，在R1(或R2)上产生一个电压降，只要此电压降超过器件的过流检测驱动器单元的门限阀值，过流驱动器则动作，同样使器件内部的SW1(或SW2)动作，以后整个过程同过压检测的动作相同，只是处理的对象是电流而已，动作过程从略。

如果器件内部驱动器和开关在无休止地处于反复开、关转换状态，必然使器件本身温度不断地升高，乃至失效。可以讲，这个特性是器件的最坏的特性。而目前所推出的集成电路保安单元就是利用了器件这个最坏的特性，使器件温度升高直至能熔化低温焊锡，将告警簧片弹起接触接地而实现保护和告警。如此使用集成器件，只是在名义上给用户以使用了集成电路的假象，而实质上与使用第一代气体放电管和第二代半导体固体放电管没有本质上的区别。由此可见，所谓第三代集成电路保安单元归纳起来表现为：(1)、仍然利用器件的温升来熔化焊锡，并未摆脱利用器件发热的机理；(2)、告警信号的产生仍然是利用簧片接触；(3)、仍然利用焊锡固定簧片方式。这对提高产品的可靠性、一致性没有起到根本上变化。

本实用新型针对上述半电子式集成电路保安单元所存在的问题，提供一种一种全电子集成电路保安单元，以克服上述不足。

                        发明内容

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种全电子集成电路保安单元，其电路包括一CLP270M专用集成电路IC，该集成电路IC的引脚TIPL和TIPS分别接在A”端和A’端，A”和A’之间连接电阻R1，引脚RINGL和RINGS分别接在B”端和B’端，B”和B’之间连接电阻R2，引脚GND接地，其特征在于：该集成电路IC的告警输出端FS与一状态锁存器的触发端连接，该状态锁存器在电源与地之间构成一控制主回路，主回路中串联有两个告警继电器和一个告警用LED指示灯，两个告警继电器分别将A”端和B”端接地或开路。

上述技术方案的有关内容和变化解释如下：

1、上述方案中，所述状态锁存器是一种具有记忆功能的器件或电路，它可以将CLP270M集成电路的FS端第一次动作状态寄存并进行锁定。为了达到这一目的可以采用以下三种结构来实现：

(1)、状态锁存器采用单向可控硅，其控制极接集成电路IC的告警输出端FS，阳极和阴极一个接地，另一个接电源，并构成控制主回路。

(2)、状态锁存器采用MOS场效应管，其栅极接集成电路IC的告警输出端FS，源极和漏极一个接地，另一个接电源，并构成控制主回路。

(3)、状态锁存器由一只PNP型晶体管和另一只NPN晶体管组成，两只晶体管模拟可控硅电路构成等效电路，其等效电路的控制极接集成电路IC的告警输出端FS，阳极和阴极一个接地，另一个接电源，并构成控制主回路。

2、上述方案中，告警接地或开路是利用两个告警继电器的接点将过压或过流接地或开路，以保护线路免受过压或过流损坏。所述告警继电器可以采用以下电路或器件：

(1)、两个告警继电器采用两只MOC型双向导通的可控硅光电耦合器，两只可控硅光电耦合器中的LED管串联在主回路中，而光敏双向可控硅管分别将A”端和B”端接地或开路。

(2)、两个告警继电器采用两只模拟开关或固态开关，两只开关的控制端或控制单元串联在主回路中，而开关执行单元分别将A”端和B”端接地或开路。

(3)、两个告警继电器采用超小型继电器，其控制线圈串联在主回路中，而执行单元分别将A”端和B”端接地或开路。

3、上述方案中，为了确保保安单元在故障未排除之前，线路处于高阻状态，从而确保程控交接机与线路处于开路状态，在两电话线路的输入端A和B分别串联一自恢复保险丝PTC作开路保护器。

本实用新型工作原理以使用单向可控硅工作并以单侧A线对地为例加以说明。参见附图3所示，当线路产生过流时，过流电流在R1上产生一个电压，当这个电压超过电流检测驱动单元的门限阀值时，过流检测驱动单元将驱动器件内部的电子开关SW1和SW3。SW1使线路上的过流电流入地、SW3则通过FS端发出一个接地告警信号。将FS端信号引入单向可控硅的控制极，由于该可控硅管的阳极也接地(相当于48伏电源的正极)，当FS端产生接地时，也即是可控硅的控制极接入48伏电源正极，使可控硅管被触发而导通。同样，当线路出现过压电压时，器件内的过压检测驱动单元因线路电压超过压过检测单元的门限阀值而驱动器件内部的SW1和SW3动作，二只电子开关的动作，同样会使可控硅管导通。这就将集成电路的FS告警动作通过单向可控硅给记忆下来了，而串联在可控硅管主回路中的MOC型光电耦合器中的二只LED灯和一只告警用LED灯也因可控硅的导通而同时工作。光电耦合器中的LED工作，使光电耦合器的光敏双向可控硅管导通，将线路中过压(或过流)电压流经自恢复保险丝PTC元件后有效接地。此时，当接地电流大于PTC动作电流时，PTC因此而动作，形成高阻，从而切断了外线路A与交换机A’之间的连接，有效地保护了程控交换机。告警用LED也发光告警。只要适当调整可控硅主回路的电流值，使其大于可控硅的维持电流；或不切断可控硅管的主回路电源，则可控硅管的导通状态将永远保持下去。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

1、本实用新型巧妙地利用了CLP270M专用集成电路IC特有的检测功能，并利用其FS端的输出与外接的状态锁存器及告警继电器连接实现了全电子化同步告警保护和告警信号的输出，整个保安单元不需要外电源。

2、本实用新型所有的告警动作完全依赖于电子开关而工作，不仅克服了机械触点接触的弊端，而且贯彻摆脱了传统利用集成电路发热进行熔化焊锡的机理，从而进一步提高了器件及整个保安单元的可靠性。

3、本实用新型利用了集成电路的检测功能，使单元的动作灵敏度大幅度提高，使程控交换机受到了真正的保护。

4、本实用新型由于电子开关的锁定功能和PTC的作用，既确保了整个保安单元的动作迅速而又避免了器件的过热，提高了保安单元的可靠性。

5、本实用新型动作过后，工作人员只要重新插拔该保安单元，保安单元就能恢复初始状态，重复使用，节省了维护费用。

                        附图说明

附图1为CLP270M集成电路内部框图；

附图2为本实用新型推荐的典型应用电路图；

附图3为本实用新型实施例一电路原理图，其中状态锁存器为单向可控硅，告警继电器为MOC型双向导通的可控硅光电耦合开关；

附图4为控制主回路电路图，其中状态锁存器为MOS场效应管；

附图5为控制主回路电路图，其中状态锁存器由一只PNP晶体管和一只NPN晶体管组成一个模拟可控硅电路；

附图6为本实用新型实施例二电路原理图，其中状态锁存器为单向可控硅，告警继电器为模似开关或固态开关组成的电路；

附图7为本实用新型实施例三电路原理图，其中状态锁存器为单向可控硅，告警继电器为超小型继电器。

                    具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例一：参见附图1和图3所示，一种全电子集成电路保安单元，其电路包括一CLP270M专用集成电路IC，该集成电路IC的引脚TIPL和TIPS分别接在A”端和A’端，A”和A’之间连接电阻R1，引脚RINGL和RINGS分别接在B”端和B’端，B”和B’之间连接电阻R2，引脚GND接地，该集成电路IC的告警输出端FS与一单向可控硅的触发端连接，该单向可控硅在电源与地之间构成一控制主回路，主回路中串联有两只MOC型双向导通的可控硅光电耦合器和一个告警用LED1指示灯，两只可控硅光电耦合器中的LED2和LED3串联在主回路中，而光敏双向可控硅管分别将A”端和B”端接地。为了确保安全，在两电话线路的输入端A和B分别串联一自恢复保险丝PTC作开路保护器，当故障未排除之前，线路处于高阻状态，从而确保程控交接机与线路处于开路状态。只有当故障排除后，工作人员只要重新插拔该保安单元，保安单元就能恢复初始状态，从而实现单元的反复使用。

本实施例中，所述单向可控硅可以用MOS场效应管来替换，其栅极接集成电路IC的告警输出端FS，源极和漏极一个接地，另一个接电源，并构成控制主回路，见图4所示。所述单向可控硅也可以用可控硅等效电路来替换，具体：状态锁存器由一只PNP型晶体管和另一只NPN晶体管组成，两只晶体管模拟可控硅电路构成等效电路，其等效电路的控制极接集成电路IC的告警输出端FS，阳极和阴极一个接地，另一个接电源，并构成控制主回路，见图5所示。

实施例二：参见附图1和图6所示，一种全电子集成电路保安单元，其电路包括一CLP270M专用集成电路IC，状态锁存器为单向可控硅。与实施例一不同之处在于：所述两个告警继电器为两只模拟开关，两只开关的控制端或控制单元串联在主回路中，而开关执行单元分别将A”端和B”端接地。其它与实施例一相同。

实施例三：参见附图1和图7所示，一种全电子集成电路保安单元，其电路包括一CLP270M专用集成电路IC，状态锁存器为单向可控硅。与实施例一不同之处在于：所述两个告警继电器为超小型继电器，其控制线圈串联在主回路中，而执行单元分别将A”端和B”端接地。其它与实施例一相同。

Claims (8)

1、一种全电子集成电路保安单元，其电路包括一CLP270M专用集成电路IC，该集成电路IC的引脚TIPL和TIPS分别接在A”端和A’端，A”和A’之间连接电阻R1，引脚RINGL和RINGS分别接在B”端和B’端，B”和B’之间连接电阻R2，引脚GND接地，其特征在于：该集成电路IC的告警输出端FS与一状态锁存器的触发端连接，该状态锁存器在电源与地之间构成一控制主回路，主回路中串联有两个告警继电器和一个告警用LED指示灯，两个告警继电器分别将A”端和B”端接地或开路。

2、根据权利要求1所述的全电子集成电路保安单元，其特征在于：所述状态锁存器为单向可控硅，其控制极接集成电路IC的告警输出端FS，阳极和阴极一个接地，另一个接电源，并构成控制主回路。

3、根据权利要求1所述的全电子集成电路保安单元，其特征在于：所述状态锁存器为MOS场效应管，其栅极接集成电路IC的告警输出端FS，源极和漏极一个接地，另一个接电源，并构成控制主回路。

4、根据权利要求1所述的全电子集成电路保安单元，其特征在于：所述状态锁存器由一只PNP型晶体管和另一只NPN晶体管组成，两只晶体管模拟可控硅电路构成等效电路，其等效电路的控制极接集成电路IC的告警输出端FS，阳极和阴极一个接地，另一个接电源，并构成控制主回路。

5、根据权利要求1所述的全电子集成电路保安单元，其特征在于：所述两个告警继电器为两只MOC型双向导通的可控硅光电耦合器，两只可控硅光电耦合器中的LED管串联在主回路中，而光敏双向可控硅管分别将A”端和B”端接地或开路。

6、根据权利要求1所述的全电子集成电路保安单元，其特征在于：所述两个告警继电器为两只模拟开关或固态开关，两只开关的控制端或控制单元串联在主回路中，而开关执行单元分别将A”端和B”端接地或开路。

7、根据权利要求1所述的全电子集成电路保安单元，其特征在于：所述两个告警继电器为超小型继电器，其控制线圈串联在主回路中，而执行单元分别将A”端和B”端接地或开路。

8、根据权利要求1所述的全电子集成电路保安单元，其特征在于：所述两电话线路的输入端A和B分别串联一自恢复保险丝PTC作开路保护器。

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