JP2008047517A - 連接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧インパルス保護機能を有する連接装置を提供する。
【解決手段】本発明の連接装置２００において、少なくとも一つの絶縁変圧器２４Ａ、２４Ｂは、それぞれ第一端と、第二端と、タップとを有する一次コイルおよび二次コイルを備え、高圧インパルスプロテクタ２６が前記絶縁変圧器の一次コイルと接地端間に配置され、高圧インパルスが発生する時、高圧により生じる過電流を尖端放電により接地端に放電する。放電路はピン上の信号に接触しないため、絶縁接着剤が不要で、回路板の配線も簡単になる。特に、放電路はピン上の信号に結合されないので、信号減衰が生じない。よって、連接装置は、伝送に影響を与えることなく、全ての標準的な高速ネットワークに適用される。
【選択図】図２

Description

本発明は連接装置に関し、特に、高圧インパルス保護機能を有する連接装置に関する。

電子回路は外部電路に結合されると、電路から過渡過電圧が伝わり、回路が損傷を受ける恐れがある。過渡過電圧の原因はいくつかあり、例えば、電光（lightning）、静電放電（electrostatic discharge）、或いは、電路の遠端にある装置の故障が挙げられる。そのために、多くの技術が開発されて、潜在するサージ電圧損害から回路が保護されている。

図１は従来のネットワークコネクタを示す図である。図に示すように、ネットワークコネクタ１００は、トランジェント電圧抑制回路（transient voltage suppressor（ＴＶＳ））ダイオード１０Ａ〜１０Ｄにより信号線間に高圧インパルス保護（電光、或いは、サージ保護とも称される）機能を提供し、抵抗Ｒ１〜Ｒ４とキャパシタＣＨをピンＴＸ＋、ＴＸ−、ＲＸ＋、及び、ＲＸ−と結合することにより、信号線と接地端間に高圧インパルス保護機能を提供する。

しかし、この種の方式には以下のような欠点がある。
抵抗の体積が大きく、高圧インパルスのエネルギーが他の素子に放電される。しかし、放電エネルギーを受けるためには、レジスタの体積は小さすぎてもいけない。更に、素子のアイソレーションを最適化するために、絶縁接着剤をプリント回路板上に塗布するので、歩留まりが悪化し、製品化までの時間が長くなる。

抵抗間の数値誤差のため、各抵抗を通過する電流が異なり、数値が相対的に小さい抵抗には大きな電流が流れるのでダメージを受ける。使用する抵抗の総数が増えると、総コストも増加する。抵抗は電光のために劣化する。更に、二次コイル（ＴＬ３とＲＬ３）の電光保護機能がなく、システムの中心が干渉を受けるのを阻止できない。一般の集積回路は高圧に耐えられず、一次コイル（ＴＬ１とＲＬ１）が大部分の放電エネルギーを阻止したとしても、数十ボルトの電圧が二次コイルに存在するので、マザーボードがダメージを受ける。

上述の問題を改善するため、本発明は、連接装置、及び、連接装置の高圧インパルス保護の方法を提供することを目的とする。

本発明の連接装置は、一次コイルと二次コイルとを有する少なくとも一つの絶縁変圧器を備える。各一次コイルと二次コイルは第一端、第二端、及び、タップを有する。高圧インパルスプロテクタは絶縁変圧器の一次コイルと接地端との間に配置され、高圧インパルスが発生する時、高圧により生じる過電流を尖端放電により接地端に放電する。

本発明の他の連接装置は、回路板上に配置されたスロットを有するソケットを備える。そのスロットは複数のピンを有し、高圧インパルスプロテクタはスロットのピンと接地端の間に配置され、高圧インパルスが発生する時、高圧により生じる過電流を尖端放電により接地端に放電する。

連接装置の高圧インパルス保護の方法が提供される。本方法は、回路板上に配置されるスロットによって行われ、そのスロットは複数のピンを有する。本方法において、高圧インパルスプロテクタはスロットのピンと接地端の間に配置され、高圧インパルスが発生する時、高圧により生じる過電流を尖端放電により接地端に放電する。

放電路はピン上の信号に接触せず、絶縁接着剤が不要で、回路板の配線も単純になる。特に、放電路はピン上の信号に結合されないので、信号減衰が生じない。よって、連接装置は、伝送に影響を与えることなく、標準的な全高速ネットワーク適用される。

大きな表面曲率（尖端）を有する個所で、電界強度が激しく増加した時、周囲空気は解離されて、尖端放電として知られるガス放電が行われる。本発明はこの尖端放電を利用し、高圧インパルスが発生した時、キャパシタにより、全ピン上の高圧インパルスからエネルギーを接地端に放出する。

図２は連接装置を示す図である。図のように、連接装置２００はスロット２２、二つの絶縁変圧器２４Ａ、２４Ｂ、高圧インパルスプロテクタ２６、及び、二つの過渡電圧サプレッサ２８Ａ、２８Ｂを備える。本実施形態で、連接装置２００はネットワークコネクタであるが、これに限定されない。
スロット２２は外部のネットワークケーブル（図示しない）と絶縁変圧器２４Ａ、２４Ｂ間に結合され、複数のピンＴＸ＋、ＴＸ−、ＲＸ＋、及び、ＲＸ−からなる。例えば、スロット２２はＤＩＰ技術（dual-in-line package）により、回路板２９（図３参照）上に配置される。

絶縁変圧器２４Ａ、２４Ｂは共に一次コイルと二次コイルを有し、一次コイルと二次コイルはそれぞれ第一端、第二端、及び、タップを有する。絶縁変圧器２４Ａ、２４Ｂの一次コイルはそれぞれスロット２２に結合され、絶縁変圧器２４Ａ、２４Ｂの二次コイルは、連結端ＴＤ＋、ＴＤ−、ＲＤ＋、及び、ＲＤ−により、外部の処理回路（図示しない）、例えば、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）カード、或いは、マザーボード上の処理回路に結合される。例えば、絶縁変圧器２４Ａの一次コイルの第一、及び、第二端はピンＴＸ＋とＴＸ−に結合され、絶縁変圧器２４Ｂの一次コイルの第一、及び、第二端はピンＲＸ＋とＲＸ−に結合される。

高圧インパルスプロテクタ２６は絶縁変圧器２４Ａ、２４Ｂの一次コイルと接地端の間に配置され、高圧インパルスが発生する時、高圧により生じる過電流を尖端放電により接地端に放電する。例えば、図３に示すように、高圧インパルスプロテクタ２６は、複数の尖端ＴＰがそれぞれスロット２２のピンに対応して配列した導電層ＣＭである。導電層ＣＭは直接、スロット２２に接続されず、高圧インパルスが発生する時だけ、尖端放電により信号線と接地端間に高圧インパルス保護機能を提供する。

つまり、高圧インパルスが発生しない時、高圧インパルスプロテクタ２６とスロット２２の全ピンは電気的に接続されず、即ち、開回路である。高圧インパルスが発生する時、高圧インパルスプロテクタ２６とスロット２２のピンは尖端放電により電気的に接続される。図４に示すように、導電層ＣＭは複数の尖端ＴＰとスロット２２のピンＰＮ間に小ギャップｇｐを有し、尖端ＴＰはスロット２２のピンＰＮに電気的に接触しない。尖端放電が非接触の設計であるので、ピンＰＮ上の信号は高圧インパルスプロテクタ２６の劣化による影響を受けず、公知のコネクタの他の素子も劣化が防止される。高圧インパルスにより誘発されるエネルギーは、一次コイルに接続されるピンＰＮにより、尖端ＴＰに放電され、電気エネルギーは、０．５ｎｓ〜１０ｎｓの時間に、発光エネルギーに変換し、部分的減衰後、キャパシタにより接地端に放電される。

絶縁変圧器２４Ａ、２４Ｂの一次コイルの第一端と第二端はピンＲＸ＋、ＲＸ−、ＴＸ−、及び、ＴＸ＋に電気的に接続されるので、高圧インパルスプロテクタ２６は、高圧インパルスが発生する時、ピンＲＸ＋、ＲＸ−、ＴＸ−、及び、ＴＸ＋上の高圧により生じる過電流を尖端放電により接地端に放電する。よって、絶縁変圧器２４Ａ、２４Ｂと連接するその他の回路は高圧インパルスから保護される。

更に、高圧インパルスプロテクタ２６は、導電層ＣＭと接地端間に結合されるキャパシタＣＨを有し、高圧インパルスにより生じるエネルギーを緩衝し、放電時間を延長して、生成されたエネルギーは減衰し、接地端に放電される。例えば、導電層ＣＭは金属層で、銅（Ｃｕ）層などであるが、これに限定されない。

回路板２９上の経路は簡潔化されているが、図４に示す導電層ＣＭは回路板２９中に配置されることに留意されたい。しかし、他の実施形態において、回路板２９の上表面ＴＳ上か下面ＢＳに配置してもよい。

１実施形態において、スロット２２が表面実装型デバイス（ＳＭＤ）技術により回路板２９上に配置される時、スロット２２のピンは回路板２９に接続される。高圧インパルスプロテクタ２６の尖端はプラグに対応して配列されるが、電気的に接続しないので、高圧インパルスが発生する時、尖端放電により高圧インパルス保護が信号線と接地端間に提供される。

図２に示すように、過渡電圧サプレッサ２８Ａは絶縁変圧器２４Ａ、２４Ｂの一次コイルのタップの間に配置され、過渡電圧サプレッサ２８Ｂは絶縁変圧器２４Ａ、２４Ｂの二次コイルのタップの間に配置され、信号線間の高圧インパルス保護を実行する。即ち、過渡電圧サプレッサ２８Ａと２８Ｂは電圧電流制限素子となり、絶縁変圧器２４Ａ、２４Ｂの一次コイル、或いは、二次コイルで生じた電圧と電流、或いは、その両方をクランプする。

例えば、過渡電圧サプレッサ２８Ａと２８Ｂは、ピンＴＸ＋、ＴＸ−、ＲＸ＋、及び、ＲＸ−からの電流、二次コイルの第二端（ＴＤ＋、ＴＤ−、ＲＤ＋、及び、ＲＤ−）からの電流、ピンＴＸ＋、ＴＸ−、ＲＸ＋、及び、ＲＸ−上の電圧、或いは、二次コイルの第二端（ＴＤ＋、ＴＤ−、ＲＤ＋、及び、ＲＤ−）上の電圧を制御するのに用いられる。更に、過渡電圧サプレッサ２８Ａと２８Ｂは、直列、或いは、並列接続した過渡電圧サプレッサ（ＴＶＳ）ダイオード、ポリダイオード（polydiodes）、サージ吸収器（surge absorber）、バリスタ（varistor）定電圧ダイオード（zener diode）、或いは、それらの組み合わせからなるが、これに限定されない。

図５は絶縁変圧器と過渡電圧サプレッサユニットを示す図である。図のように、絶縁変圧器２４Ａの一次コイルは、ピンＴＸ＋に結合される巻き線ＴＬ１、ピンＴＸ−に結合される巻き線ＴＬ２、過渡電圧サプレッサ２８Ａに結合されるタップＴＰＴ１を含む。絶縁変圧器２４Ｂの一次コイルは、ピンＲＸ＋に結合される巻き線ＲＬ１、ピンＲＸ−に結合される巻き線ＲＬ２、及び、過渡電圧サプレッサ２８Ａに結合されるタップＴＰＲ１を含む。絶縁変圧器２４Ａの二次コイルは、ピンＴＤ＋に結合される巻き線ＴＬ３、ピンＴＤ−に結合される巻き線ＴＬ４、過渡電圧サプレッサ２８Ｂに結合されるタップＴＰＴ２からなる。絶縁変圧器２４Ｂの二次コイルは、ピンＲＤ＋に結合される巻き線ＲＬ３、ピンＲＤ−に結合される巻き線ＲＬ４、過渡電圧サプレッサ２８Ｂに結合されるタップＴＰＲ２を含む。本実施形態において、過渡電圧サプレッサ２８Ａと２８Ｂは過渡電圧サプレッサ（ＴＶＳ）ダイオードであるが、これに限定されない。

タップは一般に通常操作下でゼロ電位であり、ピンＴＸ＋、ＲＸ＋、ＲＸ−、ＴＸ−、ＴＤ＋、ＲＤ＋、ＲＤ−、及び、ＴＤ−上の信号は、タップに結合される過渡電圧サプレッサ２８Ａと２８Ｂの漂遊容量の影響を受けない。

高圧インパルスによって、電圧差異が二信号線間で生ずる時、電流Ｉ１とＩ２は、巻き線ＴＬ１とＴＬ２間のタップＴＰＴ１から過渡電圧サプレッサ２８Ａに流れ、電流Ｉ３とＩ４は、巻き線ＲＬ１とＲＬ２間のタップＴＰＲ１から過渡電圧サプレッサ２８Ａに流れる。即ち、電流Ｉ＝（Ｉ１＋Ｉ２）＝−（Ｉ３＋Ｉ４）であり、よって、過渡電圧サプレッサ２８Ａのクランプ電流が制御される場合、巻き線ＴＬ１、ＴＬ２、ＲＬ１、及び、ＲＬ２上の分流が効果的に制御され、二次コイルの誘導電流も抑制される。同様に、二次コイルの誘導電流は、タップＴＰＴ２とＴＰＲ２に結合される過渡電圧サプレッサ２８Ｂによりクランプされ、巻き線ＴＬ３、ＴＬ４、ＲＬ３、及び、ＲＬ４上の分流が制限され、第二段階の高圧インパルス保護を形成する。

更に、高圧インパルスが信号線と接地端間に発生する時、過渡電圧サプレッサ２８Ａと２８Ｂは、ピン上の電流、或いは、電圧が異なっていても、各巻き線の分流を制限するか、或いは、二タップ間の電圧差をクランプし、回路板は高圧インパルスから保護される。

本発明の連接装置は以下のような長所がある。放電路はピン上の信号に接触しないので、絶縁接着剤が不要で、回路板の配線も単純になる。特に、ピン上の信号に直接結合されるキャパシタと抵抗がない、つまり、放電路はピン上の信号に結合されないので、信号減衰が生じない。よって、連接装置は、伝送に影響を与えることなく、全ての標準的な高速ネットワークに適用される。

更に、従来の連接装置の抵抗素子が省略されるので、抵抗素子により生成される放電雑音が防止され、保護素子、或いは、抵抗は、抵抗間のエラーによる電圧差異によるダメージがなく、高圧インパルスによる抵抗素子の劣化も防止される。更に、回路板上の占有空間が小さくなり、製品化までの時間が短縮する。更に、各過渡電圧インパルス抑制素子が二タップ間に設置されるので、各過渡電圧インパルス抑制素子は四信号線を保護し、二次コイルに配置される過渡電圧インパルス抑制素子は、更に、マザーボードの高圧インパルスに対抗する二段階の保護機能を提供する。

図６は連接装置の他の実施形態を示す図である。図のように、連接装置３００はプラグ３２とソケット３４とを備える。図７は、図６の連接装置のもう一つの図である。本実施形態において、連接装置３００はネットワークコネクタであるが、これに限定されない。

プラグ３２はケーブル３６によりソケット３４に結合され、ソケット３４は図２で示すスロット２２と高圧インパルスプロテクタ２６とを備える。高圧インパルスプロテクタ２６は、絶縁変圧器２４Ａと２４Ｂの一次コイルと接地端間に配置され、高圧インパルスが発生する時、高圧により生じる過電流を尖端放電により接地端に放電する。例えば、高圧インパルスプロテクタ２６は複数の尖端ＴＰがそれぞれスロット２２のピンに対応して配置された導電層ＣＭである。高圧インパルスプロテクタ２６の動作は図２〜図４と同様であるのでここに詳述しない。

図８Ａと図８Ｂは連接装置の他の実施形態を示す図である。図のように、連接装置４００はスロット２２、プラグ３２、ハウジング４２中の回路板（図示しない）を含み、図２で示したように、回路板は高圧インパルスプロテクタ２６を有する。スロット２２、プラグ３２、及び、高圧インパルスプロテクタ２６は回路板により電気的に接続され、高圧インパルスプロテクタ２６はスロット２２のピンと接地端間に配置され、高圧インパルスが発生する時、高圧により生じる過電流を尖端放電により接地端に放電する。例えば、高圧インパルスプロテクタ２６は、複数の尖端ＴＰがそれぞれスロット２２のピンに対応した導電層ＣＭと、その導電層ＣＭと接地端間に結合されたキャパシタＣＨとを有する。高圧インパルスプロテクタ２６の動作は、図２〜図４と同様であるのでここに詳述しない。

本発明では好ましい実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の趣旨と範囲を逸脱しない範囲内で各種の変更や変形を加えることができ、従って本発明の保護範囲は、特許請求の範囲よって定められなくてはならない。

従来のネットワークコネクタを示す回路図である。 連接装置の１実施形態を示す回路図である。 連接装置の高圧インパルスプロテクタとスロットを示す斜視図である。 連接装置の他の実施形態の高圧インパルスプロテクタとスロットを示す概略図である。 連接装置の絶縁変圧器と過渡電圧サプレッサを示す回路図である。 連接装置の他の実施形態を示す概略図である。 図６の連接装置を示す概略図である。 連接装置の他の実施形態を示す斜視図である。 連接装置の他の実施形態を示す斜視図である。

符号の説明

１０Ａ〜１０Ｄ トランジェント電圧抑制回路（ＴＶＳ）ダイオード
２２ スロット
２４Ａ，２４Ｂ 絶縁変圧器
２６ 高圧インパルスプロテクタ
２８Ａ，２８Ｂ 過渡電圧サプレッサ
２９ 回路板
３２ プラグ
３４ ソケット
３６ ケーブル
４２ ハウジング
１００ ネットワークコネクタ
２００，３００ 連接装置
ＴＳ 上表面
ＢＳ 下表面
ＴＬ１〜ＴＬ４ コイル
ＲＬ１〜ＲＬ４ コイル
ＴＰＴ１，ＴＰＴ２ タップ
ＴＰＲ１，ＴＰＲ２ タップ
ＴＤ＋，ＴＤ−，ＲＤ＋，ＲＤ− 連接端
ＣＭ 導電層
ＴＰ 尖端
ｇｐ ギャップ
ＴＸ＋，ＴＸ−，ＲＸ＋，ＲＸ−，ＰＮ ピン
Ｒ１〜Ｒ４ レジスタ
ＣＨ キャパシタ
Ｉ，Ｉ１〜Ｉ４ 電流

Claims (22)

1. それぞれ第一端と、第二端と、タップとを有する一次コイルおよび二次コイルを有する少なくとも一つの絶縁変圧器と、
   前記絶縁変圧器の前記一次コイルと接地端との間に配置され、高圧インパルスが発生する時、高圧により生じる過電流を尖端放電により接地端に放電する高圧インパルスプロテクタと、
   を備えることを特徴とする連接装置。
2. 信号線間の高圧インパルス保護を実行する少なくとも一つの過渡電圧サプレッサを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の連接装置。
3. ２つの絶縁変圧器と２つの過渡電圧サプレッサとをさらに備え、
   前記２つの過渡電圧サプレッサのうちの一つが前記２つの絶縁変圧器の一次コイルのタップ間に結合され、他の一つは、前記２つの絶縁変圧器の二次コイルのタップ間に結合されることを特徴とする請求項１に記載の連接装置。
4. 前記過渡電圧サプレッサは、過渡電圧サプレッサ（ＴＶＳ）ダイオードと、ポリダイオード（polydiodes）と、サージ吸収器（surge absorber）と、バリスタ（varistor）定電圧ダイオード（zener diode）とを含むことを特徴とする請求項２に記載の連接装置。
5. 回路板上に配置されるスロットをさらに備え、
   前記スロットは、前記一次コイルの前記第一端および前記第二端に結合される複数のピンを有し、前記高圧インパルスプロテクタは、前記スロットのピンに応じて配列し、かつ直接接続しない複数の尖端を有することを特徴とする請求項１に記載の連接装置。
6. 高圧インパルスが発生しない時、前記高圧インパルスプロテクタは前記スロットのピンに電気的に接続しないが、高圧インパルスが発生する時、前記高圧インパルスにより生じる過電流は尖端放電により前記接地端に放電されることを特徴とする請求項５に記載の連接装置。
7. 前記高圧インパルスプロテクタは、前記スロットのピンに応じて配列した前記複数の尖端を有する導電層と、前記導電層と前記接地端間に結合されるキャパシタとを備えることを特徴とする請求項５に記載の連接装置。
8. 前記導電層は前記回路板中か回路板上に配置されることを特徴とする請求項７に記載の連接装置。
9. 前記連接装置はローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）カード、或いは、マザーボード上に設置されることを特徴とする請求項１に記載の連接装置。
10. 前記連接装置はネットワークコネクタであることを特徴とする請求項１に記載の連接装置。
11. 回路板上に配置され、複数のピンを有するスロットを有するソケットと、
    前記スロットのピンと接地端間に配置され、高圧インパルスが発生する時、高圧により生じる過電流を尖端放電により前記接地端に放電する高圧インパルスプロテクタと、
    を備えることを特徴とする連接装置。
12. 高圧インパルスが発生しない時、前記高圧インパルスプロテクタは前記スロットのピンに電気的に接続しないことを特徴とする請求項１１に記載の連接装置。
13. 前記連接装置はネットワークコネクタであることを特徴とする請求項１１に記載の連接装置。
14. 前記高圧インパルスプロテクタは、
    前記スロットのピンに応じて配列した前記複数の尖端を有する導電層と、
    前記導電層と前記接地端間に結合されるキャパシタと、
    を備えることを特徴とする請求項１１に記載の連接装置。
15. 前記ソケットに電気的に接続されるプラグを更に備えることを特徴とする請求項１１に記載の連接装置。
16. 回路板上に配置され、かつ複数のピンを有したスロットを有する連接装置によって行われる高圧インパルス保護方法であって、
    高圧インパルスプロテクタを前記スロットのピンと接地端との間に配置することによって、高圧インパルスが発生する時、高圧により生じる過電流を尖端放電により前記接地端に放電させる工程を含む方法。
17. 前記連接装置は更に、それぞれ第一端と、第二端と、先端とを有する一次コイルおよび二次コイルを有する少なくとも一つの絶縁変圧器を有し、前記絶縁変圧器の前記第一端および前記第二端は前記スロットの対応するピンにそれぞれ電気的に接続されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. 前記二絶縁変圧器の前記一次コイルのタップ間に第一過渡電圧サプレッサを配置し、前記２つの絶縁変圧器の前記二次コイルのタップ間に第二過渡電圧サプレッサを配置することによって、信号線間の高圧インパルス保護を実行する工程を更に含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 前記高圧インパルスプロテクタは、前記スロットのピンに応じて配列した電気的に接続されない複数の尖端を有し、前記高圧インパルスが発生する時、高圧により生じる過電流を尖端放電により前記接地端に放電することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
20. 前記高圧インパルスプロテクタは、前記スロットのピンに対応する前記先端を有する導電層を備えることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
21. 前記導電層は前記回路板中か回路板上に配置されることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
22. 前記導電層と前記接地端間にキャパシタを配置する工程を更に含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。

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