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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Überspannungs- und Überstrom-Schutzvorrichtung
für Telekommunikationsschaltungen
und ein Verfahren zu deren Herstellung. Insbesondere betrifft die
Erfindung Sicherungen bzw. Schmelzsicherungen (fuses) und Thyristoren.
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Schaltungen,
insbesondere empfindliche Schaltungen, derart wie sie in Telekommunikationssystemen
aufgefunden werden, erfordern einen Schutz sowohl gegen Überstrom-,
als auch gegen Überspannungsbedingungen,
die entstehen können. Bedingungen,
derart wie Kurzschlüsse
können
entstehen, die eine Überstromschutzvorrichtung,
derart wie eine Sicherung, zur Verhinderung eines Schadens an den
Schaltungen erfordern.
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Ein
Blitzeinschlag stellt eine häufige Überspannungsquelle
bei Kommunikationssystemen dar. Gewöhnlich bestehen Kommunikationssysteme
aus Leitern in abgeschirmten, an Polen hängenden oder in der Erde vergrabenen
Kabeln. Das Kabel besteht aus vielen, in verdrillten Doppelleitungen
bzw. verdrillten Paaren angeordneten Leitern, die insbesondere bei
Telefonsystemen weitverbreitet als "Tip-" bzw. "Steckerspitzen-" und "Ruf"-Leitungen ("tip" and "ring" lines) bekannt sind.
Diese Kabel sind gegenüber
einem Energiestoß von
einem Blitzeinschlag empfindlich und können Energie vom Blitzeinschlag entweder
in eine Zentrale oder in Anschlußteilnehmer-Ausstattung leiten.
Zusätzlich
werden Stromquellen bzw. Leistungsquellen für Telekommunikationssysteme
gewöhnlich
von kommerziellen Stromversorgungsleitungen erhalten, die ebenfalls
einer überschüssigen Energie
von dem Blitzeinschlag unterworfen sind, was wiederum Überspannungen
in dem, von der Stromversorgungsleitung gespeisten Telekommunikationssytem
induzieren kann.
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Geläufige Ansätze des
Stands der Technik zum Abmildern von Überströmen und Überspannungen beinhalten, wie
in der Schaltung von 1 gezeigt,
eine Kombination einer Sicherung und einer Halbleiter-Überspannungs-Vorrichtung,
derart wie einen bidirektionalen Thyristor. Eine Sicherung 100 wird,
entweder in der Tip-Leitung 104 oder in der Rufleitung 106 in
Reihenschaltung mit einer verdrillten Kupfer-Doppelleitung 102 angeordnet.
Folglich schützt
die Sicherung 100 die Tip- und Ruf-Leitungsführung und
ebenso einen bidirektionalen Thyristor 110 vor übermäßiger Energie
für den
Fall, daß eine ununterbrochene Überspannung
an die Leitungsführung
gekoppelt ist, was auftreten kann, falls eine Stromversorgungsleitung
quer über
die Leitungsführung
fällt.
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Zur
Begrenzung von Überspannungsbedingungen
wird eine Überspannungsvorrichtung,
derart wie der bidirektionale Thyristor 110 quer über die
verdrillte Doppelleitung 102 in Parallelschaltung mit dem Telekommunikationssystem 108 verbunden.
Der Thyristor 110 stellt eine bidirektionale "Brechstange" ("crow-bar"), zur Klemmung von
Stößen (transients) bereit,
die für
jede Polarität
auftreten können.
Insbesondere weist der Thyristor 110 eine Durchschlagspannung
auf, bei der ein diesen Wert überschreitender
Spannungsstoß bewirkt,
daß der
Thyristor 110 einen Klemmungsvorgang quer über die
Leitungen 104 und 106 beginnt. Wenn der Spannungsstoß weiter anzusteigen
versucht, so wird der Strom durch den Thyristor 110 bis
zum Erreichen einer Kippspannung ansteigen. An diesem Punkt, wird
der Thyristor-Vorgang
ausgelöst
und der Thyristor 110 schaltet in seinen "Ein"- oder "Einrast"-Zustand. Dies ist
ein sehr niedriger Impedanz-Zustand, der die Leitung in Nebenschluß legt oder
kurzschließt
bzw. mit "einer Brechstange
versieht" ("crow-bars the line"), wobei dadurch
die Größe des Spannungsstoßes unterdrückt wird.
Wenn der Spannungsstoß abnimmt,
so schaltet der Thyristor 110 ab und kehrt zu einem hohen
Impedanz-"Aus"-Zustand zurück.
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Die
Schaltung von 1 wird
gewöhnlich zum
Schützen
von "Tip"- und "Ruf"-Verbindungen, derart
wie von Modems, Telefonen, Fax-Geräten, und Leitungskarten (line
cards) verwendet. Während die
Schaltung von 1 für Kupfer-Doppelleitungsumgebungen
geeignet ist, sind andere Spannungsumgebungen ebenfalls für Schaltungen
geeignet, derart wie Alarm-Schaltungen,
Stromversorgungseinheiten bzw. Stromleitungen, Fernerfassungssensoren,
CATV, Datenleitungen, etc., deren Schutz angestrebt wird.
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Die
in Telekommunikationsanwendungen verwendeten Schutzschaltungen,
derart wie die in 1 gezeigte,
verwenden häufig
einzeln verpackte Sicherungs- und Thyristor-Komponenten, die mit
einer gedruckten Schaltplatten-Leitungsführung verbunden sind. Der Einzel-Komponenten-Ansatz
erfordert jedoch, daß die
Komponenten korrekt koordiniert und aufeinander abgestimmt sind,
um die strengen Anforderungen der Regulierungs- und Sicherheitsbehörden zu
erfüllen.
Auch werden die einzeln verpackten Komponenten gewöhnlich getrennt
gespeist bzw. über
separate Quellen bezogen (sourced), was folglich zu einer Erhöhung der
Kosten des Endprodukts führt.
Weiterhin verbraucht die Verwendung einzelner Komponenten beträchtlichen
körperlichen
Platz auf einer gedruckten Schaltung, da zwei getrennte Komponenten-Packungen
auf der gedruckten Schaltung angeordnet werden müssen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
besteht ein Bedarf nach einer verbesserten Schaltungsvorrichtung,
die in einer einzelnen, einstückigen
Packung sowohl einen Überstrom-,
als auch einen Überspannungs-Schutz
bereitstellt, um die Koordination und die Abstimmung der Überstrom- und Überspannungs-Vorrichtungen in
einfacherer Weise sicherzustellen. Zusätzlich besteht ein Bedarf nach
einem einzelnen, einstückigen
Packungsansatz, der zu geringeren Endprodukt-Kosten führt und den
körperlichen
Raum verringert, der in einer gedruckten Schaltung verbraucht wird.
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Diese
und andere Vorteile werden durch die vorliegende Erfindung bereitgestellt,
bei der Überstrom-
und Überspannungs-Schutzvorrichtungen
in einem gemeinsamen Gehäuse
verpackt vorliegen, um so ein einziges, einzelnes Schaltungselement
zu bilden, das im wesentlichen nicht größer als eine der im Stand der
Technik bekannten, einzeln verpackten Überstrom- oder Überspannungs-Vorrichtungen
ist, derart wie beispielsweise eine Standard-Oberflächenmontage-Telekommunikations-Sicherung.
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In
einer Ausführungsform
stellt die vorliegende Erfindung eine einstückige Schaltungsschutzvorrichtung
bereit, die einen Überstrom-
und Überspannungsschutz
für eine
Schaltung bereitstellt, die zum Verbundenwerden mit der Schaltung
konfiguriert ist. Die Vorrichtung enthält einen Überstrom-Schutzbereich, einen Überspannungs-Schutzbereich
und mehrere Anschlüsse,
um sowohl die Überspannungs-,
als auch die Überstrom-Schutzbereiche
der einstückigen
Schaltungsvorrichtung mit der zu schützenden Schaltung zu verbunden.
Eine Inkorporierung von sowohl Überspannungs-,
als auch Überstrom-Vorrichtungen
in einem einzelnen Gehäuse stellt
sicher, daß diese
Komponenten für
eine bestimmte Anwendung koordiniert und abgestimmt vorliegen, senkt
die Gesamtkosten der Vorrichtung, da die Komponenten nicht getrennt
gespeist bzw. aus separaten Quellen bezogen werden, und ermöglicht eine
kleinere Größe durch
Inkorporierung der Vorrichtungen in derselben Packung.
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In
einer anderen Ausführungsform
enthalten die mehreren Anschlüsse
einen ersten, zweiten und dritten Anschluß, wobei der Überstrom-Schutzbereich
zwischen dem ersten und zweiten Anschluß elektrisch verbunden ist
und der Überspannungs-Schutzbereich
zwischen dem zweiten und dritten Anschluß verbunden ist.
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In
einer anderen Ausführungsform
enthält der Überstrom-Schutzbereich
eine Sicherung.
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In
einer anderen Ausführungsform
enthält der Überspannungs-Schutzbereich
einen bidirektionalen Thyristor.
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In
einer anderen Ausführungsform
sind die mehreren Anschlüsse
der einstöckigen
Schaltung konfiguriert, um den Überstrom-Schutzbereich
in Reihenschaltung mit der zu schützenden Schaltung elektrisch
zu verbinden und den Überspannungs-Schutzbereich
in Parallelschaltung mit der zu schützenden Schaltung elektrisch
zu verbinden, wenn die einstückige
Schaltungsvorrichtung mit der zu schützenden Schaltung elektrisch
verbunden ist.
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In
noch einer anderen Ausführungsform
enthält
die einstückige
Schaltung weiter einen thermisch leitfähigen Bereich, der Hitze von
dem Überspannungs-Schutzbereich
weg leitet.
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In
einer Ausführungsform
sind die thermischen Koeffizienten des thermisch leitfähigen Bereichs
und des Überspannungs-Schutzbereichs
im wesentlichen gleich.
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In
einer Ausführungsform
ist der Überspannungs-Schutzbereich
zumindest teilweise mit einem atmosphärisch widerstandsfähigen Material
eingekapselt.
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In
einer anderen Ausführungsform
ist die einstückige
Schaltungsvorrichtung für
eine Montage auf einer gedruckten Schaltplatte konfiguriert.
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In
einer anderen Ausführungsform
ist die einstückige
Schaltungsvorrichtung im wesentlichen gleich einer Standard-Telekommunikationssicherungskonfiguration
konfiguriert.
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In
noch einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Schaltungselement zum Überspannungs-
und Überstrom-Schutz
einer Schaltung bereitgestellt. Das Schaltungselement enthält ein Schaltungselementgehäuse mit
erstem, zweitem und drittem Anschluß. Eine Überstrom-Schutzvorrichtung
ist zwischen dem ersten und zweiten Anschluß elektrisch verbunden und
das Schaltungselementgehäuse
enthält
bzw. umfaßt
diese. Zusätzlich
ist eine Überspannungs-Schutzvorrichtung
zwischen dem zweiten und dritten Anschluß elektrisch verbunden und
das Schaltungselementgehäuse
enthält
bzw. umfaßt
ebenfalls diese.
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In
einer Ausführungsform
umfaßt
das Schaltungselementgehäuse
ein Rohr mit einer Außenfläche, einem
inneren Hohlbereich, einem ersten Ende und einem zweiten Ende. Die Überstrom-Schutzvorrichtung
ist in dem inneren Hohlbereich des Rohrs angeordnet, die Überspannungs-Schutzvorrichtung und
der zweite Anschluß sind
auf der Außenfläche des
Rohrs angeordnet, der erste Anschluß ist bei dem ersten Ende angeordnet
und der zweite Anschluß ist
bei dem zweiten Ende gegenüber
dem ersten Anschluß angeordnet.
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In
einer anderen Ausführungsform
enthalten der erste und zweite Anschluß elektrisch leitfähige Schichten,
die auf der Außenfläche des
Rohrs, zu jeweils dem ersten und zweiten Ende benachbart, angeordnet
sind und sich in einen zu dem ersten und zweiten Ende benachbarten
Teil des inneren Hohlbereichs erstrecken. Zusätzlich bedecken leitfähige End-Kappen
in jeweiliger Weise die elektrisch leitfähigen Schichten und das erste
und zweite Ende und sind elektrisch mit den elektrisch leitfähigen Schichten
verbunden. Die elektrisch leitfähigen
Schichten sind ebenfalls mit der in dem inneren Hohlbereich des
Rohrs angeordneten Überstrom-Vorrichtung elektrisch
verbunden.
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In
noch einer anderen Ausführungsform
umfaßt
der dritte Anschluß einen
leitfähigen
Anschluß, der
auf der Außenfläche des
Rohrs angeordnet ist.
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In
einer anderen Ausführungsform
ist eine Plättchen-Verbindungsanschlußfläche (die
bond pad) auf der Außenfläche des
Rohrs angeordnet. Ein Verbindungsanschlußflächen-Leiter ist ebenfalls auf der
Außenfläche des
Rohrs angeordnet und ist mindestens mit einer der ersten und zweiten
leitfähigen Schichten
elektrisch verbunden. Ein erster Leiter verbindet elektrisch den
Verbindungsanschlußflächen-Leiter
mit der Plättchen-Verbindungsanschlußfläche Plättchen-Verbindungsanschlußfläche bzw. Plättchen-Verbindungsanschlußfläche (die
Bond pad die bond pad) und ein zweiter Leiter verbindet den dritten
Anschluß elektrisch
mit der Plättchen-Verbindungsanschlußfläche. Ein
Thyristor ist auf der Plättchen-Verbindungsanschlußfläche angeordnet
und mit einem einkapselnden Material bedeckt.
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In
einer Ausführungsform
ist das einkapselnde Material atmosphärisch widerstandsfähig und
derart angeordnet, daß der
Thyristor und die Plättchen-Verbindungsanschlußfläche auf
der Außenfläche des
Rohrs versiegelt sind, um der umgebenden Atmosphäre zu widerstehen.
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In
einer anderen Ausführungsform
ist der auf der Plättchen-Verbindungsanschlußfläche angeordnete
Thyristor an die Plättchen-Verbindungsanschlußfläche durch
ein thermisch leitfähiges
Verbindungsmaterial gebunden.
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In
einer Ausführungsform
enthält
das Schaltungselementgehäuse
ein Substrat mit erster und zweiter Oberfläche und mehreren Leitungs-Abschlüssen, die
auf mindestens einer der ersten und zweiten Oberflächen angeordnet
sind, wobei der erste, zweite beziehungsweise dritte Anschluß jeweils einen
der mehreren Leitungs-Abschlüsse
umfassen.
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In
einer Ausführungsform
umfaßt
die Überstrom-Vorrichtung
eine Sicherungselement, das zwischen dem ersten und zweiten Anschluß elektrisch verbunden
ist und . auf mindestens einer Seite des Substrats angeordnet ist.
Die Überspannungsvorrichtung
umfaßt
einen Thyristor, der zwischen dem zweiten und dritten Anschluß elektrisch
verbunden und auf mindestens einer Seite des Substrats angeordnet
ist.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Schaltungselement zum Überspannungs-
und Überstrom-Schutz
für Schaltungen
in einem Telekommunikationssystem bereitgestellt. Das Schaltungselement
enthält
ein Sicherungselement, eine Halbleiter-Überspannungs-Schutzvorrichtung
und eine als eine einzelne Komponente konfigurierte Packung, die
auf einer gedruckten Schaltplatte montierbar ist, wobei die Packung
das Sicherungselement und die Halbleiter-Überspannungs-Schutzvorrichtung
enthält.
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In
einer anderen Ausführungsform
enthält die
Packung einen ersten, zweiten und dritten Anschluß. Zusätzlich enthalten
sowohl das Sicherungselement, als auch die Halbleiter-Überspannungs-Schutzvorrichtung
entsprechende erste und zweite Leitungsverbindungen (lead connections). Der
erste Anschluß ist
mit der ersten Leitungsverbindung des Sicherungselements verbunden,
der zweite Anschluß ist
mit der zweiten Leitungsverbindung des Sicherungselements und der
ersten Leitungsverbindung der Halbleiter-Überspannungs-Schutzvorrichtung
verbunden und der dritte Anschluß ist mit der zweiten Leitungsverbindung
der Halbleiter-Überspannungs-Schutzvorrichtung
verbunden.
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In
noch einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung stellt die Erfindung ein Verfahren zur
Bereitstellung einer Überstrom-
und Überspannungs-Vorrichtung
in einer Telekommunikationsschaltung bereit. Das Verfahren enthält die Bereitstellung
eines zur Aufnahme eines Überstrom-Schutzelements
und eines Überspannungs-Schutzelements
konfigurierten Gehäuses, wobei
das Gehäuse
mehrere Anschlüsse
aufweist. Die Überstrom-
und Überspannungs-Schutzelemente
sind derart in dem Gehäuse
angeordnet, daß das Überstrom-Schutzelement zwischen
einem ersten und zweiten Anschluß der mehreren Anschlüsse elektrisch
verbunden ist und daß das Überspannungs-Schutzelement
zwischen dem zweiten Anschluß und
einem dritten Anschluß der
mehreren Anschlüsse
elektrisch verbunden ist. Schließlich ist das Gehäuse als
ein einziges, einzelnes Element mit der Schaltplatte verbunden,
welche die Telekommunikationsschaltung enthält.
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In
einer Ausführungsform
umfaßt
das Verfahren elektrisches Verbinden von einem der ersten und zweiten
Anschlüsse
mit einer ersten ankommenden Leitung mit der Telekommunikationsschaltung und
elektrisches Verbinden des anderen der ersten und zweiten Anschlüsse mit
der Telekommunikationsschaltung, derart daß das Überstrom-Schutzelement in Reihenschaltung
mit der Telekommunikationsschaltung verbunden ist und ein elektrisches
Verbinden des dritten Anschlusses mit einer zweiten ankommenden
Leitung mit der Telekommunikationsschaltung, derart daß das Überspannungs-Schutzelement
in Parallelschaltung mit der Telekommunikationsschaltung verbunden
ist.
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Zusätzliche
Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden klar beim
Lesen der nachstehenden detaillierten Beschreibung der zu diesem
Zeitpunkt bevorzugten Ausführungsformen und
der beigefügten
Ansprüche,
und bei Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER FIGUREN
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Unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen,
worin Elemente, welche das gleiche Bezugszeichen aufweisen, durchwegs ähnliche
Elemente darstellen und worin:
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1 eine schematisch erläuternde
Schaltungsverbindung für
eine herkömmliche,
gegen Überstrom
und Überspannung
schützende
Schaltung für
Telekommunikations-Ausstattung ist;
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2-4 die Aufbauschritte für ein einstöckiges Überstrom-
und Überspannungs-Schaltungselement
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erläutern;
und
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5 eine weitere einstöckige Überstrom- und Überspannungs-Schutzvorrichtung
gemäß einer anderen
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erläutert.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ZU DIESEM ZEITPUNKT BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine einzige, einzelne Komponente bereit,
die ein Überstrom-Schutzelement und
ein Überspannungs-Schutzelement
umfaßt,
welche durch ein gemeinsames Gehäuse
umschlossen sind. Zusätzlich stellt
die vorliegende Erfindung Verfahren zu deren Herstellung bereit.
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Nun
wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, worin die 2-4 den
Aufbau einer Überstrom- und Überspannungs-Schutzvorrichtung 10 (in 4 in fertiggestellter Form
gezeigt) gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erläutern,
welche die in 1 gezeigten
Sicherungs- und Thyristor-Komponenten in einem einzigen, einzelnen Schaltungselement
integriert. Folglich weist das in 4 gezeigte
Schaltungselement die gleiche Schaltungsanordnung wie in 1 gezeigt auf, wobei jedoch
sowohl eine Sicherungsvorrichtung, als auch eine Halbleiter-Überspannungsvorrichtung,
vorzugsweise ein bidirektionaler Thyristor in einer gemeinsamen
Packung enthalten sind.
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Wie
in 2 gezeigt, ist das
Schaltungselement aus einem Rohr 200 konstruiert, das vorzugsweise
hohl ist, wie durch Loch 212 angezeigt wird. In dem Hohlraum 214 in
dem Rohr ist ein Sicherungselement untergebracht. Das Rohr 200 ist
zum Dissipieren der Wärmeenergie,
die durch ein Sicherungselement in dem Rohr oder durch ein auf der
Außenfläche 216 des
Rohrs angeordnetes Halbleiter-Thyristor-Element freigesetzt wird,
aus einem thermisch leitfähigen
Material, derart wie beispielsweise Keramik, konstruiert. Jedes
Ende des Rohrs 202 kann eine Oberflächen-Metallisierung 203 enthalten,
die auf der Außenfläche 216 des
Rohrendes 202 angeordnet ist und sich um die Endbereiche 202 in
den inneren Hohlbereich 214 des Rohrs 200 erstrecken kann.
Diese Metallisierungen 203 werden zum elektrischen Verbinden
von Anschlüssen
eines in dem inneren Hohlbereich des Rohrs angeordneten Sicherungselements
verwendet.
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2 erläutert ebenfalls eine Plättchen-Verbindungsanschlußfläche 206,
die auf der Außenfläche 216 des
Rohrs 200 angeordnet ist. Diese Plättchen-Verbindungsanschlußfläche 206 ist
vorzugsweise eine Metallisierung, die zum Binden eines, auf der
Außenfläche 216 des
Rohrs 200 anzuordnenden Thyristors verwendet wird. Diese
Plättchen-Verbindungsanschlußfläche 206 kann
auf dem Rohr 200 durch verschiedene bekannte Verfahren,
derart wie Siebdruck, chemische Dampfabscheidung oder Radiofrequenzsputtern
aufgebracht werden. Zusätzlich wird
in ähnlicher
Weise eine Verbindungsanschlußfläche 208 auf
der Außenfläche 216 des
Rohrs 200 angeordnet, vorzugsweise, wie in den 2–4 gezeigt,
auf derselben Oberfläche
eines Quadrat-Rohrs bzw. Vierkant-Rohrs wie die Plättchen-Verbindungsanschlußfläche 206.
Die Verbindungsanschlußfläche 208 wird
angeordnet, um derart mit der Metallisierung 203 an mindestens
einem Ende des Rohrs 200 in elektrischen Kontakt zu kommen.
Das Rohr 200 enthält
ebenfalls eine Metallisierung 204, die zum Anordnen eines
gemeinsamen Anschlusses verwendet wird, der dem in 1 gezeigten Anschluß "C" entspricht.
In einer bevorzugten Ausführungsform
ist aufgrund von räumlichen Überlegungen
die Metallisierung 204 auf einer Seite 218 des Rohrs 200 angeordnet,
die sich von der Plättchen-Verbindungsanschlußfläche 206 und
dem Verbindungsanschlußflächen-Leiter 208 unterscheidet.
Die Metallisierung 204 kann jedoch auf anderen Seiten als
Seite 218 angeordnet werden. Das heißt, es wird vorzugsweise mehr
als eine Seite oder Oberfläche
des Rohrs 200 zum Anordnen von Anschlüssen und Komponenten verwendet,
um die Longitudinallänge
des Rohrs 200 zu minimieren. Ein Metallisierungsleiter 210 ist
enthalten, um die Plättchen-Verbindungsanschlußfläche 206 mit
der Metallisierung 204 elektrisch zu verbinden, die später zu einem
gemeinsamen Anschluß wird.
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3 erläutert den nächsten Schritt beim Aufbau
des Schaltungselements der vorliegenden Erfindung. Insbesondere
sind End-Kappen 300, welche die Verbindung des Schaltungselements mit
einer gedruckten Schaltplatte in der geschützten Telekommunikationsausstattung
erleichtern, an jedem Ende 202 des Rohrs 200 angeordnet
und stellen eine elektrische Verbindung mit der Metallisierung 203 an jedem
Ende des Rohrs 200 her, welche wiederum mit den zwei Enden
des Sicherungselements in dem inneren Hohlbereich 214 des
Rohrs 200 verbunden sind. In einer anderen Ausführungsform
kann die Metallisierung 203 wegfallen, wobei in diesem
Fall die Endkappen 300 in direkter Weise mit dem Sicherungselement
und der Metallisierung 208 verbinden.
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3 erläutert ebenfalls die Anordnung
einer Thyristor-Vorrichtung 302 auf der Plättchen-Verbindungsanschlußfläche 206.
Der Thyristor 302 ist zur Bereitstellung von thermischer
und elektrischer Leitfähigkeit
zwischen der Komponente und der Verbindungsanschlußfläche durch
geläufige
Verfahren des Stands der Technik an die Plättchen-Verbindungsanschlußfläche 206 gebunden.
Beispiele für derartige
Verfahren beinhalten Löten
oder Befestigen mit leitfähigem
Epoxidharz. Vom Befestigungstyp unabhängig, muß das verwendete Verbindungsverfahren
eine thermische und elektrische Leitfähigkeit zwischen dem Thyristor
und der Verbindungsanschlußfläche bereitstellen,
welche wiederum mit dem Rohr 200 thermisch leitet und zu
der Anschlußfläche 206 elektrisch
leitet. Diese thermische Leitfähigkeit
ermöglicht,
daß Wärmeenergie,
die während
einer Überspannungsbedingung
erzeugt wird, welche bewirkt, daß Strom in dem Thyristor fließt, durch
das Rohr 200 und überall
darin dissipiert wird. Eine Dissipation der Wärme vom Thyristor 302 verringert
das Risiko eines Schadens an dem Thyristor 302 durch Wärmeenergie,
die während
dessen Betrieb unter Überspannungsbedingungen
freigesetzt wird.
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Vorzugsweise
ist der Thyristor 302 mit einer vertikalen Struktur konstruiert,
die im wesentlichen flach ist und eine Kathode auf einer Oberfläche und eine
Anode auf der gegenüberliegenden
Oberfläche aufweist.
Wenn der Thyristor 302 auf der Plättchen-Verbindungsanschlußfläche 206 angeordnet ist,
ist demzufolge entweder Kathode oder Anode in elektrischem Kontakt
mit der Plättchen-Verbindungsanschlußfläche 206 und
der andere gegenüberliegende
Thyristor-Anschluß (d .h.
entweder die Anode oder die Kathode) ist von dem Rohr 200 abgewandt. Folglich
erfordert eine Verbindung mit dem gegenüberliegenden Anschluß zur Verbindungsanschlußfläche 208 entweder
eine Verbindungsleitung (bond wire) oder eine Verbindungsbrücke bzw.
einen Verbindungsriemen (bond strap) 304.
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Schließlich erläutert 3 einen Metall-Anschluß 306,
der zum Bilden eines, dem in 1 gezeigten
Anschluß C
entsprechenden, gemeinsamen Anschlusses auf der in 2 gezeigten Metallisierung 204 angeordnet
ist.
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4 erläutert das fertiggestellte Schaltungselement,
das in dem Innenbereich des Rohrs 200 ein Sicherungselement 402 enthält und das
mit gestrichelten Linien angezeigt wird, um dessen Stellung in dem
Rohr 200 aufzuzeichnen. Das Sicherungselement 402 ist
zwischen Anschluß A
und Anschluß B
verbunden, wobei diese Anschlüsse
wiederum dazu verwendet werden die Sicherung zwischen der Tip-Leitung
einer verdrillten Doppelleitung und der geschützten Telekommunikationsausstattung
(d. h. 108 in 1)
zu verbinden. Weiterhin ist der bidirektionale Thyristor 302 zwischen
den Anschlüssen
B und C via Verbindungsanschlußfläche 208,
Verbindungsleitung 304, Leiter 210 und Metall-Anschluß 306 (d.
h. Anschluß C)
verbunden. Folglich kann der bidirektionale Thyristor 302 in
Parallelschaltung mit der Telekommunikationsausstattung 108 verbunden
werden, durch Verbinden von Anschluß B mit der Tip-Leitung, die
in die Ausstattung eintritt, Anschluß C und der Ruf-Leitung.
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Zusätzlich erläutert 4, daß der bidirektionale Thyristor 302 und
die Verbindungsleitung oder -brücke 304 durch
eine Einkapslung 400 eingekapselt sind, um den Thyristor 302 gegenüber potentiell zersetzenden
atmosphärischen
Bedingungen, derart wie Feuchtigkeit, atmosphärisch zu versiegeln. Vorzugsweise
wird eine Epoxidharz-Einkapslung in ausreichender Menge verwendet,
um den Thyristor 302 und die Verbindungsleitung 304 von
der Außenfläche des
Rohrs 200 vollständig
einzukapseln. Das Schaltungselement kann ebenfalls in dem Innenhohlbereich 214 des
Rohrs 200, um das Sicherungselement 402 herum,
eine isolierte Füllung
enthalten, um die Lichtbogenbildungsenergie zu unterdrücken, die
auftritt, wenn das Sicherungselement die Schaltung aufgrund einer Überstrom-Bedingung öffnet. Die
isolierende Füllung
kann ein Material, derart wie beispielsweise Sand, umfassen. Es
sei angemerkt, daß das Sicherungselement 402 gemäß jeglicher
im Stand der Technik bekannter Konfiguration konstruiert werden
kann. Bestimmte Konstruktionen können
einen, um einen zylindrischen Kern gewundenen Spiraldraht, eine
gerade Schmelzdrahtsicherung (straight wire fuse) oder eine Metallverbindungs-Sicherung (metal
link fuse) enthalten.
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5 erläutert eine alternative Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die ein niedriges Profil aufweist, das
beim Montieren einer gedruckten Schaltplatte vorteilhaft ist. Das
Schaltungselement gemäß dieser
Ausführungsform
enthält
ein planares Substrat 500, das zum darauf Montieren der
Sicherungs- und bidirektionalen Thyristor-Elemente verwendet wird.
Vorzugsweise wird ein Sicherungselement 502 an eine Oberfläche (d.
h. an die Oberfläche 507 von 5) des Substrats 500 gebunden
und zwischen einem, zu einem Rand (d. h. zu dem Rand 509 von 5) des Substrats 500 benachbart
angeordneten Anschluß 506 und
einem, zu einem anderen Rand (d. h. Rand 511 von 5) des Substrats 500 benachbart
angeordneten Anschluß 508 elektrisch
verbunden. Obwohl 5 erläutert, daß das Sicherungselement
und die Anschlüsse
auf einer einzigen Seite des Substrats 500 angeordnet sind,
können
andere Ausführungsformen
Sicherungselemente auf beiden Seiten des Substrats 500 und
ebenfalls Anschlüsse
enthalten, die auf jeder Seite des Substrats 500 und auf
jeglichem, nicht nur einem zu einem Rand benachbarten, Bereich hiervon
angeordnet sind.
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Zusätzlich wird
ein bidirektionaler Thyristor 504 auf einer Oberfläche (d.
h. Oberfläche 507 von 5) des Substrats 500 angeordnet.
Metallisierte Anschlüsse 514 verbinden
die Anoden- und Kathoden-Anschlüsse
des Thyristors 504 mit Anschlüssen 508 und 510,
die den Anschlüssen
B und C der Schaltung von 1 entsprechen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
werden das Sicherungselement 502 und ein bidirektionaler
Thyristor 504 auf der selben Oberfläche des Substrats 500 wie
die Anschlüsse 506, 508 und 510 angeordnet.
Zusätzlich
sind das Sicherungselement 500 und der bidirektionale Thyristor 504 in
einer Einkapslung 512 eingekapselt, um diese Elemente vor atmosphärischen
Bedingungen zu schützen
und um ebenfalls die während
entweder einer Überstrom- oder
einer Überspannungsbedingung
durch diese Element dissipierte Energie aufzunehmen. Weiterhin ist
das Substrat 500 aus einem thermisch leitfähigen Material
konstruiert, um Wärme
von den Komponenten 502 und 504 abzuziehen.
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Vorzugsweise
sind für
beide offenbarte Ausführungsformen
die thermischen Koeffizienten (PCE) des
Substrats 500 und des Thyristors im wesentlichen gleich.
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Das
gemeinsame Verpacken des Überstrom-Schutz-Sicherungselements
und des Überspannungsschutz-Thyristor-Elements
der vorliegenden Erfindung stellt sicher, daß diese Komponenten korrekt
koordiniert und abgestimmt sind. Bei einer gegebenen Telekommunikationsschaltung,
die einen Schutz vor Überspannungen
von 600 Volt und höher und
Kurzschlußbedingungen
von 40 Ampere und höher
erfordert, können
beispielsweise die Thyristor- und Sicherungselemente dementsprechend
gewählt und
in einer gemeinsamen Packung integriert werden. Bei bestimmten Telekommunikationsschaltungen
ist folglich das gemeinsame Schaltungselement der vorliegenden Erfindung
derart konstruiert, daß die
Thyristor- und Sicherungselemente die Regulierungs- und Sicherheitsanforderungen
für bestimmte Schaltungen
erfüllen,
ohne daß ein
Sicherstellen der korrekten Koordinierung und Abstimmung beider Komponenten
notwendig ist, wie es bei dem Einzelkomponenten-Ansatz des Stands
der Technik erforderlich ist.
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Zusätzlich können durch
Inkorporierung des Sicherungselements und des Thyristors in einer
gemeinsamen Packung die zusätzlichen
räumlichen Anforderungen
für zwei
einzelne Komponenten-Packungen beseitigt werden, wobei dadurch der
körperliche
Platzbedarf in einer Telekommunikationsschaltung für Überspannungs-
und Überstrom-Schaltungsschutz
verringert wird. Darüber
hinaus vermeidet ein integriertes Überspannungs- und Überstrom-Schaltungselement
die Probleme, die mit getrennt gespeisten bzw. aus separaten Quellen
bezogenen Komponenten und dem miteinander Verbinden dieser durch
unterschiedliche Lieferanten hergestellten Komponenten verknüpft sind.
Weiterhin verringert dieser Ansatz die Endproduktkosten, da ein einzelner
Hersteller ein einziges Überspannungs- und Überstrom-Schaltungs-Schutzelement
liefert.
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Klar
ist, daß vielfältige Veränderungen
und Modifikationen an den hierin beschriebenen, zu diesem Zeitpunkt
bevorzugten Ausführungsformen
vorgenommen werden können,
die für
die Fachleute klar ersichtlich sind. Derartige Veränderungen
und Modifikationen können
vorgenommen werden, ohne von der Idee und vom Bereich der vorliegenden
Erfindung abzuweichen und ohne die einhergehenden Vorteile zu verringern.
Deshalb sollten derartige Veränderungen
und Modifikationen von den beigefügten Ansprüchen abgedeckt sein.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Integrierte Überspannungs-
und Überstrom-Schaltungsschutzvorrichtung
(10) zur Verwendung in Telekommunikationsschaltungen. Die
integrierte, geschützte
Schaltungsvorrichtung kombiniert eine Überstrom-Vorrichtung, derart
wie eine Sicherung (402) und eine Überspannungs-Schutzvorrichtung,
derart wie einen Thyristor zum Schutz in jeweiliger Weise gegen Überstrom-Bedingungen
und Überspannungsstöße. Eine
Integration der beiden Vorrichtungen in einer gemeinsamen Packung
stellt eine korrekte Koordination und Abstimmung der Komponenten
sicher, verringert die Kosten des Endprodukts und verringert den,
in einer Telekommunikationsschaltung zum Überspannungs- und Überstrom-Schaltungsschutz
erforderlichen, körperlichen Raum.
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