FI81469C

FI81469C - Kopplingsanordning foer urladdning av oeverspaenningar.

Info

Publication number: FI81469C
Application number: FI844416A
Authority: FI
Inventors: Karl-Heinz Walter
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1983-11-11
Filing date: 1984-11-09
Publication date: 1990-10-10
Also published as: EP0142128A1; JPS60118024A; JPH0586129B2; FI844416L; FI844416A0; DE3476727D1; BR8405721A; ZA848759B; ATE40773T1; CA1260535A; EP0142128B1; FI81469B; DE3340927A1

Description

1 81469

Kytkentälaite ylijännitteiden purkamiseksi

Keksinnön kohteena on kytkentälaite ylijännitteiden purkamiseksi välityslaitteistoissa, joissa on pääjakaja ja elektronisella SLIC-piirillä varustettu tilaajayksikkö, jossa a/b-johdinten pitkittäishaaroihin elektronisen SLIC-piirin eteen on järjestetty kaksinapainen elektroninen virranrajoitin. Tämän tyyppinen kytkentälaite tunnetaan ennestään esim. julkaisusta DE-A-2 834 894.

Siirryttäessä tavanomaisista elektroniseen integroituun SLIC-(Subscriber Line Interface Circuit)-piiriin tarvitaan uusi, IS-teknologian vaatima suoja. Tähänastiset ehdotukset ovat saaneet aikaan olennaisesti yksinään ylijännitteen johdosta muodostuvien virtojen purkauksen. Siten on purettava vielä suhteellisen korkeita virtoja myös tilaajayksiköissä, mikä johtaa monimutkaisiin rakenteisiin ja vastustaa uudenaikaisten elektronisten kytkentöjen muodostamista.

Keksinnön tehtävänä on tästä syystä saada aikaan kytkentälaite ylijännitteiden eliminoimiseksi, joka laite sallii ylijännityksen yhteydessä sisäänmenossa vain yhden rajavirran, jonka elektroninen SLIC voi vielä kestää.

Tämän tehtävän ratkaisemiseksi on keksinnön mukaiselle kytkentälaitteelle tunnusomaista se, mikä on esitetty oheisena patenttivaatimuksessa 1.

Keksinnön tarkoituksenmukaisia edelleenkehitysmuotoja on esitetty alivaatimuksissa.

Keksinnön kohteen etuja selitetään lähemmin seuraavien sovellutusesimerkkien avulla. Selitykseen kuuluvassa piirustuksessa kuvio 1 esittää periaatekytkentäkuvaa, kuvio 2 esittää monoliittisesti muodostettua virranrajoitin-ta, kuvio 3 esittää kuvion 2 mukaisen virranrajoittimen ominais- 2 81469 käyrää ja kuvio 4 esittää moninkertakytkentäpistettä, jossa on tukitoiminta.

Kuviossa 1 on esitetty välityslaitteiston kokonaissuoja-kytkennän periaatekytkentäkuva, joka laitteisto muodostuu pääjakajasta HV ja tilaajayksiköstä TB. Pääajakajaan HV on järjestetty vähemmän vaarannettuja komponentteja varten tyristoridiodisuoja, jossa on molemmat diodit Th1 ja Th2. Siten jäämäjännitehuiput. rajoitetaan määrättyyn arvoon (esim. 250 V). Tyristoridiodien Th1 tai vast. Th2 ohjearvot ovat esim. 100 A (10/100 ^,us) tai vast. 500 A (8/20 ^us). Hyvin vaaranalaisilla alueilla tarvitaan ylimääräinen kaasunpurkaussuoja G1 tai vast. G2, jolloin kaasunpurkausjohtojen G1 tai vast. G2 ja tyristoridiodin Th1, Th2 väliin on liitetty kulloinkin erotusvastus R1 tai vast. R2.

Siten on kaikki korkeat purkausvirrat rajoitettu pääjakajaan HV ja tilaajayksikössä TB voi esiintyä enää hetkellisiä korkeintaan 250 V olevia jännitehuippuja.

Koska elektronisessa SLIC-piirissä on tilaajayksikössä TB kuitenkin vain alhainen estojännite, on 250 V:n jäämähuippu-jännite liian suuri. Tästä syystä on molempiin pitkittäis-haaroihin a, a' tai vast, b, b1 liitetty keksinnön mukaisesti kumpaankin virranrajoitin S1 tai vast. S2, joka muodostuu kulloinkin kahdesta sarjaan ja toisiaan vastaan kytketyistä teho-MOS-feteistä. Siten taataan, että ylijännitteessä sallitaan sisäänmenossa vain rajavirta, jonka elektroninen SLIC voi vielä kestää. Virranrajoittimet S1 tai vast. S2 ottavat siis ylijänitteessä vastaan jännitehuiput jännitteen pitkittäiskomponenttina. On selvää, että näiden rajoittimien S1 tai vast. S2 jännitekestoisuuden tulee olla yli maksimaa-lisesti esiintyvän huippujännitteen (esim. 300 V).

Pitkittäiskomponentille asetettavat vaatimukset, kuten pieniohmisuus ja lineaarisuus käyttöalueella täytetään kek-

II

3 81469 sinnön mukaisilla teho-MOS-feteillä. Tällöin tarvitaan kaksi sarjaan ja toisiaan vastaan kytkettyä teho-MOS-fettiä, jotta voidaan myös täyttää virtasuunnan vaihdossa siirtoja rajoitustehtävät. On edullista koota yhteen molemmat drain-elektrodit kytkentäteknisesti, mikä mahdollistaa virranrajoittimien S1 , S2 monoliittisen integroinnin.

Pitkittäisvastuksina Ra, molemmissa johtimissa a, b, a’, b' toimivien virranrajoittimien S tai vast. S, suhteelliselle J a b toleranssille asetetut vaatimukset määrätään seuraavilla yhteyksillä: R , R, x 5 Ω kun I ^ + 100 mA j a Δ R = IR - R, I^ 1 Ω a b x N — 'a b'

Jos maksimaalinen virta rajoitetaan esim. 300 V:ssa 150 mA:lla, niin maksimaalisesti esiintyvissä tilapäishäi- riöissä, joiden kesto on 1 ms, ei voi tapahtua ylikuormitusta.

Virranrajoittimen vielä läpipäästämät huippuvirrat voivat tosin tuottaa SLIC-sisäänmenossa a', b' vielä käyttöjännitteiden yläpuolella olevia jännitteitä, jotka voidaan kuitenkin purkaa jokaiseen SLIC-piiriin joka tapauksessa mukaan-integroitujen suojadiodien (Clamping-Dioden) D1-D4 kautta. Näitä suojadiodeja D1-D4 tarvitaan elektronisen SLIC-piirin suhteellista suojaa varten ja tästä syystä ne eivät tuota mitään ylimääräisiä kustannuksia. Tilapäishuippuvirtojen 150 mA:iin tapahtuvan rajoituksen johdosta nämä diodit D1-D4 voivat pysyä pienipintaisina mitoiltaan.

Jakamalla suojatoimenpiteet yksittäisiin suojapaikkoihin saavutetaan seuraavia etuja: Pääjakajan ulostulopinteissä a, b esiintyy enää alhaisia jännitteitä, jotka eivät tarvitse jälkeenpäin mitään erityisiä eristysvälejä. Yli jännitteeseen liittyvän häiriöenergian absorptio tai vast, heijastus tapahtuu suurimmaksi osaksi pääjakajassa HV, joka soveltuu myös parhaiten mekaaniselta rakenteeltaan tähän tarkoitukseen. Erilaisten suojaperiaatteiden - purkaus pääjakajassa HV ja virranrajoitus tilaajayksikössä TB - yhdistelmä tekee 4 81469 laitteiden, laitteistojen ja henkilöiden suojan tehokkaaksi ja kustannuksiltaan edulliseksi. Tilaajayksikössä TB ei tarvitse poistaa korkeita jännitteitä eikä liian suuria virtoja.

Elektronisessa SLIC-piirissä oleva diodisuoja huolehtii tarpeellisesta suhteellisesta suojasta, s.o. se alkaa toimia, kun ylijännite ylittää hetkellisesti esiintyvän paristo-jännitteen. Jakamalla suojapaikat on myös mahdollista suoja-ominaisuuksien ja suojatason yksiselitteisesti selvä rajoitus.

Tätä menetelmää voidaan käyttää myös suoja-arvojen normitukseen, mikä on edullista, koska suojatehtävät tulevat eri vastuualueiden, kuten esim. tuotantoyhtiöiden tai järjestelmä-valmistajien osalle.

Kuviossa 2 on esitetty monoliittisesti muodostetun virran-rajoittimen S1 (S2) periaatekytkentäkuva, joka rajoitin järjestetään pääjakajan ja tilaajayksikön välisiin pitkittäis-johtimiin a/a* tai vast, b/b'. Virranrajoitin S1 (S2) muodostuu kahdesta teho-MOS-fetistä T1 ja T1', joiden drain-elektrodit on koottu kytkentäteknisesti yhteen, jotka on järjestetty siis sarjaan ja toisiaan vasten kytketysti ja joilla siten on yhteinen pohjalevy (Drain). Virralarajoituksen esijännitteen säätämiseksi avaustyyppisissä transistoreissa toimivat esivastukset R, R' tai vast, diodiyhdistelmät M tai vast. M'.

Kuviossa esitettyjen diodiyhdistelmien M, M' sijasta virran-rajoitus voi tapahtua myös zenerdiodien avulla.

Edullisempia ovat sulkutyyppiset (Depletion Typ) transistorit, jotka ovat ilman esijännitettä (veräjä ja lähde yhdistetty) jo johtavia. Virranrajoitusarvo on määrättävä tällöin tosin transistoriparametreillä.

Kuviossa 3 on esitetty kuvion 2 mukaisen virranrajoitinele-mentin ominaiskäyrä. Kuten kuviosta nähdään, on ominaiskäy-

II

5 81469 rässä tarkka nollasiirtymä, mikä on olennaista halutulle virranrajoitintoiminnalle.

Kuviossa 4 on esitetty suojatoiminnalla varustettu moni-kertakytkentäpiste, jonka avulla ei tapahdu ainoastaan virranrajotustoiminta haarassa a/a', vaan joka voi ottaa tehtäväkseen myös muita toimintoja BORSCHT-sovellutuksessa. BORSCHT tarkoittaa Battery Feeding, Over Voltage Protection, Ringing, Signalling, Coding, Hybride (4-johto-2-johto-muunto) , Testing. Tässä monikertakytkentäpisteessä on neljä transistoria T1, T1', T1", T11'', joiden drain-elektrodit on koottu yhteen kytkentäteknisesti. Kytkentäpisteisiin a'' tai vast, a'1' voidaan kytkeä esim. kutjujännite (R) tai niissä voidaan suorittaa testilaitteiden (T) kytkentä. Tarvittavan positiivisen esijännitteen tuottamiseksi, joka soveltuu virran raja-arvon säätämiseksi, toimivat kuvion 4 mukaisessa suoritusesimerkissä optoelektroniset kytkimet 01 , 01 ' , 01", 01 " ' .

Myös kuviossa 4 esitetty komponentti voidaan muodostaa monoliittisesti integroidulla tekniikalla, jolloin mahdollisesti voidaan integroida mukaan muita teho-MOS-fettejä (Tl'1'*....) muiden yllä esitettyjen tehtävien kytkemiseksi.

Keksinnön mukaisen kytkentälaitteen edellä esitetyn välitys-laitteistoja varten tarkoitetun käytön lisäksi voidaan keksinnön kohdetta käyttää myös automaattisena pitkittäis-varmistuksena yleisessä laitetekniikassa. Tässä tapaukses- · sa on liitettävä pitkäaikaiskuormituksessa lämpösensori, joka saa aikaan virtapiirierotuksen.

Claims

6 81 469

1. Kytkentälaite ylijännitteiden purkamiseksi välitys-laitteistoissa, joissa on pääjakaja (HV) ja elektronisella SLIC-piirillä varustettu tilaajayksikkö (TB), jossa a/b-johdinten pitkittäishaaroihin elektronisen SLIC-piirin eteen on järjestetty kaksinapainen elektroninen virranrajoitin (SI, S2), tunnettu siitä, että virranrajoittimena on kaksi sarjaan ja toisiaan vasten kytkettyä teho-MOS-FET:ä (Tl, Tl') ja että positiivisen esijännitteen tuottamiseksi teho-MOS-FET:ien hilalla niihin on järjestetty optoelektroniset kytkimet (01, 01').

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kytkentälaite, tunnettu siitä, että teho-MOS-FET:ien (Tl, Tl') drain-liitännät on kytketty yhteen.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen kytkentälaite, tunnettu siitä, että muiden tehtävien kytkemiseksi on järjestetty ylimääräisiä teho-MOS-FET:jä (Tl'', Tl''') a/b-johdinten pitkittäishaaroihin.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen kytkentälaite, tunnettu siitä, että virranrajoittimena on monoliittisesti integroidulla tekniikalla muodostettu rakenneosa. Il ^ 81469 Patentavkrav