JP3583404B2 - サージ保護ユニット及び保安器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、保安器と端末装置間に設置された雷サージから機器を保護するサージ保護ユニットに関する。特に、入出力間を平衡線路で構成して、その平衡線路にコンデンサとコイルからなるハイパスフィルタを備えることで、電源線からのサージ通過を阻止し端末装置を保護するサージ保護ユニットに関する。又、その保護回路を有した保安器に関する。本発明は、ＴＶ受信装置、通信端末装置のサージ保護ユニット及びＣＡＴＶ用保安器に適用できる。
【０００２】
【従来の技術】
近年、雷サージによる通信端末装置の破壊が問題となっている。例えば、図６に示すＣＡＴＶシステムがある。これは、コンピュ−タ装置１１０をＣＡＴＶ通信回線９５に接続し、データ通信をするシステムである。コンピュ−タ装置１１０は、端末装置であるケーブルモデム１１５、同軸ケーブル１２５、保安器１００を介してＣＡＴＶ通信回線９５に接続されている。このシステムにおいては各装置は電源線１３０を共通とし、ケーブルモデム１１５の筐体は同軸ケーブル１２５の外部導体及び保安器１００を介してアースされている。
【０００３】
このシステム近傍に落雷があると、例えば、ＣＡＴＶ通信回線９５側からサージが侵入し、それにより上記端末装置が破壊される場合がある。そのため従来より、保安器１００には図７に示すような対策がとられている。ＣＡＴＶ通信回線側である入力端子（ＩＮ）側の信号線路１０１とアース線路１０２間にサージ等の低周波を吸収するアレスタ（避雷器）１０３とコイル１０４を設けていた。さらに、信号線路１０１にコンデンサ１０５を挿入して、サージの宅内への侵入を阻止していた。
【０００４】
しかしながら、図６に示すように落雷によるサージは送電線及び電源線１３０を介してコンピュ−タ装置１１０又はケーブルモデム１１５に侵入する場合がある。例えば、送電線のグランドワイヤーに落雷があると雷サージ（３ｋＶ〜５ｋＶ）はアース、柱上トランス１３１を介して電源線１３０に侵入する。電源線１３０に侵入したサージは、電源線１３０、ケーブルモデム１１５の筐体及び内部回路、同軸ケーブル１２５の外部及び内部導体、保安器１００の筐体を経由してアースにバイパスされる。即ち、サージ電圧が所定値より大であると保安器１００のコンデンサ１０５、１０６（図７）が絶縁破壊されてサージがアースに流れ、その結果ケーブルモデム１１５の信号線にサージ電流が誘導されて、内部の回路が破壊される場合がある。
【０００５】
この電源線に重畳した雷サージからの破壊を防止するための対策として、従来より図８に示すサージ保護ユニットがある。これは、端末装置（例えばケーブルモデム）１１５の電源線間に複数のサージアブソーバ１１１、及び複数のアレスタ１１２を設け、又それらの中点から同軸ケーブル１２５の外側導体にバイパス線路１１３を設けたものである。このようなユニットを備えれば、電源線に侵入したサージはサージアブソーバ１１１、及びアレスタ１１２で減衰され、バイパス線路１１３、同軸ケーブル１２５の外側導体を介してアースに流れる。即ち、減衰されたサージは端末装置１１０を迂回するように流れる。これにより、端末装置１１０をサージから保護していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図８に示すようなサージ保護ユニットは、各端末装置の電源線に備えるともに、そのバイパス回路を同軸ケーブルの外側導体に接続する必要がある。即ち、コンピュータ装置、モデム装置、ＴＶ受信器、サーバ装置等の端末装置が複数ある場合、その複数の端末装置の全てに上記サージ保護ユニットを備えねばならず、容易な対策ではない。又、複数の端末装置に備える分、コスト高になるという欠点もある。
【０００７】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、その目的は電源線からのサージ通過を阻止し、端末装置を保護するサージ保護ユニット又は保安器を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段・作用および効果】
上記の課題を解決するために請求項１のサージ保護ユニットは、ネットワークシステムにおいて、保安器と端末装置間に設けられ、端末装置の電源線に侵入したサージを阻止して端末装置を保護するサージ保護ユニットであって、入力端に設けられ不平衡線路を平衡線路に変換する不平衡／平衡変換器と、出力端に設けられ平衡線路を不平衡線路に変換する平衡／不平衡変換器と、前記入力端と前記出力端とは絶縁分離され、不平衡／平衡変換器と平衡／不平衡変換器との間の平衡線路の２本の線路にそれぞれ直列に挿入されたコンデンサと、その２本の線路間に並列に挿入されたコイルとから成るハイパスフィルタとを備えたことを特徴とするサージ保護ユニットである。
【０００９】
従来例で説明したように、サージ侵入経路は２経路ある。１つは、通信回線による経路であり、一つは電源線による経路である。通信回線経由のサージは、通常、保安器のアレスタ等の避雷器で吸収される。電源線経由のサージは、例えば順に電源線、端末装置、同軸ケーブルの外部導体及び内部導体に侵入し、保安器筐体を介してアースに流れる。本発明では、サージ保護ユニットの入力端に不平衡／平衡変換器を設け、出力端に平衡／不平衡変換器とを設けて内部に平衡線路を形成している。そして、入力端と出力端とを絶縁分離している。即ち、入力端と出力端の外部導体は接続されおらず、絶縁分離されている。そして、その平衡線路における２本の線路に、それぞれ直列に、コンデンサを挿入し、その２本の線路間に並列にコイルを挿入してハイパスフィルタを構成している。即ち、端末装置は、ハイパスフィルタを介して、保安器と完全に絶縁分離されている。これにより、高周波信号は通過されるが電源線経由のサージ（低周波）は阻止される。即ち、電源線に侵入したサージは端末装置を通過して保安器のアースに流れることがない。したがって、端末装置を絶縁破壊から保護することができる。
又、この時、ハイパスフィルタのコンデンサは、線路が平衡線路であるため不平衡線路と比べてコンデンサの容量を小さくできる。例えば、この時のコンデンサには、耐圧１５ｋＶ程度、容量１００ｐＦの高耐圧型を用いることができる。よって、サージ保護ユニットを小型化することもできる。
【００１０】
又、請求項２のサージ保護ユニットは請求項１に記載のサージ保護ユニットにおいて、ハイパスフィルタを、コンデンサとコイルの多段接続から成る梯子型フィルタとしたことを特徴とする。
平衡線路の２本の線路に多数のコンデンサが直列に挿入されることになることから、同一耐圧のコンデンサを用いれば、雷サージ耐圧が向上する。又、雷サージ耐圧を同一とするならば、耐圧規格の低い、形状の小さなコンデンサを用いることが可能となり、装置が小型化できる。
【００１１】
又、平衡／不平衡変換器や不平衡／平衡変換器は、同軸ケーブルの不平衡線路と平衡線路間とを相互変換する変換器であり、良く知られたものである。例えば、搬送波の波長をλとする時、λ／４長だけ共通に外側導体を有するシュベルトッフ型、又はλ／２長だけ同軸ケーブルが迂回する半波長迂回型、トランスを用いたバイファイラコイル型がある。これらの何れかを用いることで、高周波信号を反射させることなく、相互変換が可能となる。
【００１２】
又、請求項３に記載の保安器のうち、請求項１に記載のサージ保護ユニットを備えるものについては、ネットワークシステムにおいて宅内入り口に設置される通信回線の保安器であって、宅内の端末装置の電源線に侵入したサージの通過を阻止し、端末装置を保護する保安器において、保安器の端末装置への出力側に設けられた回路であって、不平衡線路を平衡線路に変換する不平衡／平衡変換器と、平衡線路を不平衡線路に変換する平衡／不平衡変換器と、端末装置への出力側と保安器のアースとは絶縁分離され、不平衡／平衡変換器と平衡／不平衡変換器との間の平衡線路の２本の線路にそれぞれ直列に挿入されたコンデンサと、その２本の線路間に並列に挿入されたコイルとから成るハイパスフィルタとから成る回路とを有する回路を備えたことを特徴とする保安器である。
【００１３】
従来例で説明したように、サージ侵入経路は２経路ある。１つは、通信回線経路であり、一つは電源線経路である。通信回線経路のサージは、従来のように保安器の入力側に設けられたアレスタ等の避雷器で吸収される。
一方、宅内の端末装置の電源線からのサージは、例えば、電源線、端末装置、同軸ケーブルの外部導体及び内部導体に侵入し、保安器筐体を介してアースに流れる。本発明の保安器は、保安器の端末装置への出力側に、不平衡／平衡変換器と平衡／不平衡変換器とを設け平衡線路を形成している。そして、端末装置への出力側を保安器のアースと絶縁分離している。即ち、端末装置への出力側に接続される同軸ケーブルの外部導体は、保安器のアースと完全に絶縁分離されている。そして、平衡線路の２本の線路にそれぞれ直列にコンデンサを挿入し、その２本の線路間に並列にコイルを挿入してハイパスフィルタを形成したことを特徴する。これにより、高周波信号は通過されるが低周波であるサージはこのハイパスフィルタによって通過が阻止される。よって、出力側に接続された端末装置はサージから保護される。
又、この時、ハイパスフィルタは平衡線路であるため不平衡線路と比べてコンデンサの容量を小さくできる。例えば、この時のコンデンサには、耐圧１５ｋＶ程度、容量１００ｐＦの高耐圧型を用いることができる。
【００１４】
又、請求項３に記載の保安器のうち、請求項２に記載のサージ保護ユニットを備える保安器は、更に、ハイパスフィルタを、コンデンサとコイルの多段接続から成る梯子型フィルタで構成したことを特徴とする。この構成によれば、平衡線路であるため不平衡線路と比べてコンデンサの容量を小さくできる。即ち、保安器を小型化することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
（第１実施例）
図１に本発明のサージ保護ユニットの回路図を示す。本発明のサージ保護ユニット１０は、出力端である端末装置への機器端子１１、入力端である通信回線（保安器）への回線端子１２、不平衡／平衡変換器１３、平衡／不平衡変換器１４、ハイパスフィルタ１５、平衡線路を構成する２本の信号線路１６ａ、１６ｂから構成される。又、ハイパスフィルタ１５は低周波であるサージを遮断する、例えば高耐圧型のコンデンサ１７ａ、１７ｂ、コイル１８ａ、１８ｂからなる。コンデンサ１７ａ、１７ｂは、それぞれ、２本の信号線路に直列に挿入されており、コイルは、２本の信号線路間に並列に挿入されている。
このハイパスフィルタ１５は、所謂コイル梯子型フィルタである。尚、機器端子１１、回線端子１２は例えばＲＦ端子であり、中心導体と外部導体を備えた端子である。
【００１６】
このサージ保護ユニット１０は、例えばＣＡＴＶシステムにおいては図２のように、市中からのＣＡＴＶ通信回線９５を屋内に延出する保安器２０と宅内の２分配器３０間に設けられる。尚、２分配器３０の後段には、例えばＴＶ受信装置４０、ケーブルモデム装置５５、コンピュ−タ装置５０が接続される。そして、各装置はコンピュ−タ装置５０とケーブルモデム装置５５の間を除いて、全て同軸ケーブルによって接続されている。即ち、コンピュータ装置５０を除く各筐体は、同軸ケーブルの外被導体によって全て同電位となっている。
尚、保安器２０は従来例で説明した保安器１００（図６）と同等である。即ち、保安器２０の筐体はアースに接続されており、回線側から侵入するサージはアレスタ等の避雷器を介してアースに流れる。
【００１７】
本実施例は、電源線６０からサージが侵入した場合にそれを阻止する例である。図１、図２を用いてサージ回避動作を説明する。例えば、このシステム近傍の電力線に落雷があると電源線６０及び／又はＣＡＴＶ通信回線９５にサージが発生する。従来の保安器（図７）だけであって、本実施例装置が用いられていないと、電源線６０に侵入したサージは、ケーブルモデム５５の筐体に侵入し、２分配器３０、同軸ケーブル１０５、保安器２０へと伝搬する。そして、コンデンサ１０６がサージ電圧によって破壊されて、雷サージはアースへと流れる。このために、端末装置であるケーブルモデム５５の回路が破壊されることがある。
【００１８】
しかしながら、本実施例のサージ保護ユニット１０は、機器端子（出力端子）１１と回線端子（入力端子）１２とは完全に絶縁分離されている。即ち、機器端子１１、回線端子１２に接続される同軸ケーブルの外部導体は絶縁分離されている。この状態で、図１に示すように、不平衡／平衡変換器１３、平衡／不平衡変換器１４の間にハイパスフィルタ１５が設けられている。そして、ハイパスフィルタ１５は、高耐圧型コンデンサ１７ａ、１７ｂを有したインピーダンス整合を考慮した対称構造をしている。即ち、平衡線路であるため不平衡線路と比べてコンデンサの容量を小さくできる。例えば、耐圧１５ｋＶで、容量が１００ｐＦのものを用いることができる。このようにして、高周波信号は反射、減衰することなく通過されて、データ通信の品質が維持される一方、低周波であるサージは信号線路１６ａ、１６ｂに侵入、又は誘起されるが、それらは何れもハイパスフィルタ１５の高耐圧型コンデンサ１７ａ、１７ｂで阻止される。この時、高耐圧型コンデンサ１７ａ、１７ｂには高圧が印加されるが、その耐圧を例えば１５ｋＶ程度の高耐圧型とすれば破壊されることはない。即ち、電源線６０に侵入したサージは、ケーブルモデム５５、２分配器３０、サージ保護ユニット１０、保安器２０を介してアースに流れることはない。よって、サージは各端末装置を通過することがなく、このサージ保護ユニット１０を保安器２０後段に設置すれば、全ての宅内端末装置をサージから保護することができる。
尚、機器端子１１と回線端子１２とを絶縁分離するためには、本実施例の保護ユニット１０の筐体を樹脂で形成すれば良い。また、保護ユニット１０の筐体を金属で構成した場合には、機器端子１１と回線端子１２のうちの少なくとも一方の外部導体側は保護ユニット１０の筐体に対して絶縁スペーサ（コンデンサ）等を介して絶縁されている必要がある。
【００１９】
本実施例のサージ保護ユニット１０は、ハイパスフィルタ１５の前段と後段に不平衡／平衡変換器１３と平衡／不平衡変換器１４とを備えている。変換器１３、１４は、同軸ケーブル１０５とハイパスフィルタ１５の平衡２線路（信号線路１６ａ、１６ｂ）の不整合や不要放射を回避することができる。変換器１３、１４を図３に示す。これは、トランスを用いたバイファイラコイル型の変換器である。これにより、信号はハイパスフィルタ１５の両端で反射することはなく、高周波信号の品質が維持される。
尚、不平衡／平衡変換器１３と平衡／不平衡変換器１４はトランスを用いたバイファイラコイル型でなくともよい。他の型の変換器を用いてもよい。例えば高周波信号の搬送波の波長をλとする時、λ／４長だけ共通に外側導体を共有するシュベルトッフ型、又はλ／２長だけ同軸ケーブルが迂回する半波長迂回型等の変換器を用いてもよい。同等の効果を得ることができる。
【００２０】
（第２実施例）
第１実施例は、サージ保護ユニット１０を保安器２０と端末装置間に設ける例であった。このサージ保護ユニット１０は、保安器２０内部に組み込んでもよい。即ち、従来の保安器１００（図７）に第１実施例のサージ保護ユニット１０（図１）を組み込んでもよい。新規にＣＡＴＶ通信回線を宅内に敷設する場合は、サージ保護ユニット１０を組み込んだ保安器がより効果的であり、又、利便性に優れている。
【００２１】
図４に本発明のサージ保護ユニットを用いた保安器を示す。図４は回路図である。これは、第１実施例のサージ保護ユニット１０（図１）の回路を従来の保安器の出力端に設けたものである。即ち、アレスタ１０３とコイル１０４に対して出力端である機器端子１１の側に、図１に示す回路を設けたものである。この時、従来の保安器のコンデンサ１０５と、コンデンサ１０６は、コンデンサ１７ａと、コンデンサ１７ｂとで代用できるので、省略しても良い。勿論、省略しなくとも良い。このような構成により、回線端子１２側（ＣＡＴＶ通信回線側）から侵入したサージは、従来通りこのアレスタ１０３とコイル１０４で消費減衰されアースに流される。又、アース抵抗でサージ電圧が残存しても、ハイパスフィルタ１５でサージの宅内側への侵入が阻止される。これにより、ＣＡＴＶ通信回線側から侵入したサージに対して、宅内の端末装置を保護することができる。
【００２２】
一方、機器端子１１側からのサージ（宅内電源線に侵入したサージ）は、第１実施例と同様な理由により、高耐圧型コンデンサ１７ａ、１７ｂ、コイル１８ａ、１８ｂを有したハイパスフィルタ１５で遮断される。よって、宅内の電源線に侵入したサージは端末装置を介して保安器のアースに流れることはないので、機器端子１１側の端末装置が保護される。
本実施例の保安器が、不平衡／平衡変換器１３と平衡／不平衡変換器１４とを備えていることによる効果は、第１実施例と同様である。
本実施例の保安器においても、機器端子１１の外部導体側は保安器の筐体に対して絶縁分離されている。このためには、機器端子１１の外部導体側と筐体との間に絶縁スペーサ（コンデンサ）を設けたり、保安器の筐体を樹脂製とする等の方法がある。
【００２３】
（変形例）
以上、本発明を表わす１実施例を示したが、他にさまざまな変形例が考えられる。例えば第１実施例では、ハイパスフィルタ１５の高耐圧コンデンサ１７ａ、１７ｂを２線路上（信号線路１６ａ、１６ｂ）にそれぞれ１個ずつ設けたが、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、インピーダンス整合の条件を満たすように、コイルを含めて対称となるように一つの信号線路に２個、合計４個設けても良い。即ち、第１実施例のコンデンサ１７ａを１７ａ_１ 、１７ｂ_１ の複数に、１７ｂを１７ｂ_１ 、１７ｂ_２ の複数としても良い。この様な構成にすれば、サージ電圧を２個のコンデンサで受けることになる。これにより、より大きなサージ電圧からも端末装置を保護することができる。逆に言えば、同一サージ電圧に対してはコンデンサの耐圧や容量を小さくすることができる。
【００２４】
又、第１実施例では通信回線をＣＡＴＶ通信回線としたが他の通信回線でもよい。例えば、中央装置と複数の端末装置が同軸ケーブルで接続された他のＬＡＮシステムでもよい。これにより、例えば様々な電源線から侵入したサージから端末装置を保護することができる。即ち、ＬＡＮシステムを保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係るサージ保護ユニットの回路図。
【図２】本発明の第１実施例に係るサージ保護ユニットを適用したＣＡＴＶシステム構成図。
【図３】本発明の第１実施例に係る平衡／不平衡変換器の回路図。
【図４】本発明の第２実施例に係る保安器の回路図。
【図５】本発明の第１実施例、及び第２実施例のハイパスフィルタの変形回路図。
【図６】従来例に係るサージ侵入経路説明図。
【図７】従来の保安器回路図。
【図８】従来のサージ保護ユニット回路図。
【符号の説明】
１０…サージ保護ユニット
１１…機器端子
１２…回線端子
１３…不平衡／平衡変換器
１４…平衡／不平衡変換器
１５…ハイパスフィルタ
１６ａ、１６ｂ…信号線路
１７ａ、１７ｂ…コンデンサ
１８ａ、１８ｂ…コイル
２０…保安器
３０…２分配器
５５…ケーブルモデム
１０３…アレスタ

Claims (3)

1. ネットワークシステムにおいて、保安器と端末装置間に設けられ、前記端末装置の電源線に侵入したサージを阻止して前記端末装置を保護するサージ保護ユニットであって、
   入力端に設けられ不平衡線路を平衡線路に変換する不平衡／平衡変換器と、
   出力端に設けられ平衡線路を不平衡線路に変換する平衡／不平衡変換器と、
   前記入力端と前記出力端とは絶縁分離され、前記不平衡／平衡変換器と前記平衡／不平衡変換器との間の平衡線路の２本の線路に、それぞれ直列に挿入されたコンデンサと、その２本の線路間に並列に挿入されたコイルとから成るハイパスフィルタと
   を備えたことを特徴とするサージ保護ユニット。
2. 前記ハイパスフィルタは、前記コンデンサと前記コイルの多段接続から成る梯子型フィルタであることを特徴とする請求項１に記載のサージ保護ユニット。
3. ネットワークシステムにおいて宅内入り口に設置される通信回線の保安器であって、前記宅内の端末装置の電源線に侵入したサージの通過を阻止し、前記端末装置を保護する保安器において、
   請求項１又は請求項２に記載のサージ保護ユニットを備えたことを特徴とする保安器。

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