JP4829179B2

JP4829179B2 - サージ保護回路およびコネクタ並びにそれを用いる電子機器

Info

Publication number: JP4829179B2
Application number: JP2007165564A
Authority: JP
Inventors: 建翔黄; 木金汪
Original assignee: Giga Byte Technology Co Ltd
Current assignee: Giga Byte Technology Co Ltd
Priority date: 2007-03-02
Filing date: 2007-06-22
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2027-06-22
Also published as: KR20080080905A; EP2003752A1; TWI327803B; CN101267112A; US20080212250A1; JP2008220146A; KR100957769B1; CN101267112B; TW200838075A; EP2003752B1; US7663855B2

Description

本発明はサージ保護回路に関し、より詳細には、本発明は、サージ保護回路並びにそれを用いるコネクタおよび電子機器に関する。

サージは、電力線または接地経路を介して、製品（例えば、コンピュータや電話機等）それ自体に影響を及ぼし得る。その影響の程度および範囲は、電力（エネルギー）の侵入経路や大きさによって変化し、その中でも最悪の事態は、製品の内部を直に貫通したサージによって起こる損傷である。サージの主原因は、落雷であり、雷の電力を能動的に放電する装置としては、避雷針がある。雷電流は、接地抵抗側の電位の増加を引き起こす可能性があり、さらに、この電流は、地面（アース）の下に埋められた結合回路を経て、製品の終端へと到り、その結果、製品の内部部品に損傷を与え、機能不良を引き起こし、さらに悪いことには、製品全体に損傷を与え得る。

製品用のサージ試験に関する適切な規則がないため、開発段階ではわずかな保護回路にしか適用されない。電磁波妨害（ＥＭＩ）がますます考慮すべき事柄になるにつれて、外国からの製造業者および企業は、次第に、製品のサージ耐性を必要としているため、言い換えれば、信号線から信号線へ（line-to-line）、および信号線から接地金属体（line-to-ground）への、サージ試験を実行しなければならない。実際の試験期間中の、既存の一般的な製品のコネクタ耐性を以下に述べる。信号線から信号線へのサージ試験に対しては、サージ電圧が７００Ｖに等しい場合は、製品を普通に使用し続けることができる。サージ電圧が８００Ｖの場合は、製品の機能が完全に損なわれる。信号線から接地金属体へのサージ試験に対しては、サージ電圧が２．７ｋＶに等しい場合は、製品を普通に使用し続けることができる。サージ電圧が２．８ｋＶの場合は、製品の機能が完全に損なわれる。また一方、サージ電圧が３．５ｋＶの場合は、製品内部の半導体素子がすぐに焼け焦げてしまう。

例として、従来のサージ保護機器を以下に述べる。
（１）高電圧の電力を低減する変圧器を、製品の回路内に配置する。
しかしながら、この技法は、変圧器の粗悪な設計によって、電力が低減されないまま、高電圧の電力が製品内を通過する可能性があり、その結果、製品にダメージを与える。
（２）例えばツェナーダイオードや金属酸化物バリスタのような、サージ・アブソーバを用いる（例えば、特許文献１，２，３参照）。
ツェナーダイオードの場合、標準的な回路電圧の下では、このサージ・アブソーバは不要である。（例えば、スイッチ・サージ、静電気によるサージ、さらに、落雷によるサージによって）電圧が急に増加し、外部電圧がその降伏電圧よりも高くなった場合に、このサージ・アブソーバはオン状態になることができる。この時点で、急増した電圧によって生成された電流の一部は、サージ・アブソーバによって吸収されて、この電流の残りは、サージ・アブソーバを介してアース端へと移動し、後段の被保護回路が、急増した電圧によって損害を受けるのを回避する。この部品は製品のサージ保護において用いることができるが、コストは比較的高い。従って、落雷に対し、より高い耐性を有する低コストの機器の開発が、今後期待されている。
特開２００２−１６５４４５号公報特開２００３−１１６２１７公報特開平５−３１６６４１号公報

本発明の目的は、製品のサージ耐性を高め、さらに回路の構成部品のコストを削減する、サージ保護回路、並びに、それを用いたコネクタおよび電子機器を提供することにある。

本発明は、第１の金属線、抵抗、接地金属体およびキャパシタを含むサージ保護回路を提供する。この第１の金属線には尖端部を設けて、抵抗の第１端部と第１の金属線の尖端部とを、それらの間に所定の距離を設けて配置する。さらに、キャパシタは、接地金属体と抵抗の第２端部との間を結合している。

本発明は、さらに、複数の金属線、複数の抵抗、接地金属体およびキャパシタを含むコネクタを提供する。各金属線には尖端部を設けて、各抵抗の第１端部と、対応する金属線の各端部とを、それらの間に所定の距離を設けて配置する。さらに、キャパシタは、接地金属体と抵抗の第２端部とを結合している。

本発明は、さらに、接続部を含む電子機器を提供し、この接続部は、第１の金属線、抵抗、接地金属体およびキャパシタを有する。この第１の金属線には尖端部を設けて、抵抗の第１端部と第１の金属線の尖端部とを、それらの間に所定の距離を設けて配置する。さらに、キャパシタは、接地金属体と抵抗の第２端部とを結合している。

本発明は、以下の利点を有する。
（１）既存の製品の既存の装備を置き換えることなく、当該製品のサージ耐性を高めるべく、当該製品に直列に接続することができる。
（２）信号線と接地金属体との間の保護回路において非接触型の設計（non-contact design）を採用するため、信号の干渉を避けることができる。
（３）回路のサイズが小さく、外部電力を全く必要としない。従って、サージが生成する高電圧電力に対する製品の耐久性を、効果的に向上させることができ、さらに、回路のコストを削減することができる。

本発明における、前述のおよび他の目的、特徴並びに利点を分り易くするため、これ以下に、好適な実施例を、添付の図面につき詳細に説明する。

＜第１実施例＞
図１は、本発明の第１実施例によるサージ保護回路の概略図である。図１を参照するに、サージ保護回路１００は、第１の金属線１０１、第２の金属線１０２、抵抗１０３、キャパシタ１０４、および接地金属体１０５を具える。第１の金属線１０１および第２の金属線１０２は、共に、図１に示すように尖端部を有する。第１の金属線１０１と抵抗１０３の第１の尖端部１０６との間、および、第２の金属線１０２と抵抗１０３の第２の尖端部１０７との間には、それぞれ、距離Ｄ（好適には５〜４０ｍｍとする。）が存在する。なおここでは、抵抗１０３は例えばＳＭＤ抵抗とする。距離Ｄは、異なるアプリケーションに応じて規定する。キャパシタ１０４（ここでは、例えば高電圧セラミックキャパシタとする。）は、接地金属体１０５と抵抗１０３の第２端部との間を結合している。

サージ保護回路１００の構成部品の接続方法は上に述べた通りであり、サージ保護回路１００の金属線１０１，１０２は、抵抗１０３に直に接続されていない。これは、サージ電圧が発生した際に、金属線１０１および１０２が抵抗１０３に直に接続されていると、このサージが、金属線１０１，１０２を介して抵抗１０３からキャパシタ１０４に移動する際に、フィードバック効果が発生するためである。すなわち、サージ電圧が、抵抗１０３を介して金属線１０１および１０２にフィードバックし、その結果、サージ電圧が期待どおりに放電されず、回路に損傷を与えてしまうことになる。

次に、本実施例の動作の詳細についてさらに述べる。本実施例は、先端放電の原理を用いて、第１の金属線１０１および第２の金属線１０２上で受電した落雷の電力を、抵抗１０３および高電圧キャパシタ１０４を介して接地金属体１０５へと移動させて、その電力を放電させる。従って、高電圧電力は、製品（例えば、デスクトップまたはラップトップ型コンピュータ、電話機等）の中へと誘導されることがないため、このサージ保護回路によって、製品内部の構成部品を効果的に保護することができる。

先端放電は、図１に示すように非接触型の設計であるため、金属線１０１，１０２と抵抗１０３との間には距離Ｄが存在し、さらに、抵抗１０３の第１端部の２つの尖端部１０６，１０７は、それぞれ２つの金属線１０１，１０２の尖端部と対向しているため、このような設計が、金属線１０１，１０２を介して伝送される信号に影響を及ぼすことはない。なお、他の種類の抵抗に対する尖端部を形成するのに、回路基板の銅箔を用いてもよい。金属線１０１，１０２を介して落雷の電力が引き込まれると、この電力は、金属線１０１，１０２の尖端部を介して放電される。さらに、放電中に、落雷の電力は、電力と光エネルギー間の変換に起因する電力損失によって減衰する。次に、この電力は、先端放電によって抵抗１０３に伝導する。そして、抵抗１０３の減衰効果により、電力は熱損へと変換されて、高電圧キャパシタ１０４を介してアースへと放出される。上述の、抵抗１０３およびキャパシタ１０４を具えるＲＣ回路は、落雷の電力をバッファして放電する期間を延ばすことができるため、そこで電力が失われ、さらに残りの電力はアースへと伝わるため、その結果、元の回路への衝撃が大幅に低減される。

＜第２実施例＞
図２は、本発明の第２実施例によるサージ保護コネクタの、概略的な外観図である。図３は、本発明の第２実施例によるサージ保護コネクタの、概略的な内部図である。図４は、本発明の第２実施例によるサージ保護コネクタの、概略的な底部の回路図である。図５は、本発明の第２実施例によるサージ保護コネクタの、概略的な頂部の外観図である。図２〜５を参照するに、コネクタ２００は、８本の金属線３０１〜３０８、４つの抵抗３１１〜３１４、キャパシタ３２０、および接地金属体２０１を有する。金属線３０１〜３０８は、全て、それぞれの尖端部を有する。抵抗３１１〜３１４の第１端部の左右の尖端部は、それぞれ、金属線３０１〜３０２，３０３〜３０４，３０５〜３０６，３０７〜３０８の第１端部に対応しており、さらに、抵抗３１１〜３１４の第１端部の左右の尖端部と、対応する金属線３０１〜３０８の第１端部との間には、図１に示すように距離（すなわち、５ｍｍ〜４０ｍｍの距離Ｄ）が存在する。キャパシタ３２０は、図３および図５に示す円で囲んだ部分のように、抵抗３１１〜３１４と接地金属体２０１との間に配置する。コネクタ２００は、ネットワークコネクタである。コネクタ２００によるサージ電圧の放電プロセスは、第１実施例と同様であるため、ここで再度説明しないものとする。

当業者には、上述の図２〜５から、本実施例が図１の実施例の概念を用いて設計したネットワークコネクタであることが理解できよう。上述したコネクタ２００を介してコンピュータをネットワークに接続すれば、サージによって発生した高電圧電力をコネクタ２００で放電することができるため、コンピュータ内部のネットワーク用集積回路およびその他の内部部品が、サージの高電圧電力による損傷を受けることはない。当業者は、同様の構造を用いて、電話機のコネクタまたは他の製品用のコネクタも作成できよう。

次に、下の表１に、コネクタ２００をコンピュータに接続する前後の、サージ耐性試験の結果を示す。試験方法は以下の通りである。コンピュータをコネクタ２００を介してネットワークに接続し、ネットワークケーブルを介して、サージ電圧を直に印加し、信号線間、および、信号線と接地金属体との間の試験をそれぞれ行う。試験期間中に印加する試験電圧は、時間毎に例えば１００Ｖずつ増加させる。
（１）信号線間の試験において、コネクタ２００の信号線間サージ電圧試験を遂行するために、サージ電圧を金属線３０１〜３０８のうち７つの金属線３０１〜３０７に印加して、残りの１つの金属線３０８によって、サージ電流を放電させる。
（２）信号線と接地金属体間の試験において、コネクタ２００の信号線と接地金属体間のサージ電圧試験を遂行するために、電圧を金属線３０１〜３０８により引き込み、その電圧を、抵抗３１１〜３１４、キャパシタ３２０、接地金属体２０１によって、先端放電の原理を用いて放電させる。

上述の試験結果より、信号線間のサージ電圧試験において、コネクタ２００に接続されたコンピュータの最大耐電圧は１．２ｋＶであり、信号線と接地金属体間のサージ電圧試験において、コネクタ２００に接続されたコンピュータの最大耐電圧は３．５ｋＶであることがわかる。一方、上述のコネクタ２００に接続されていないコンピュータに対しては、信号線間のサージ電圧試験において、耐サージ電圧の最大限度は、７００Ｖにしか到達できず、信号線と接地金属体間のサージ電圧試験において、耐サージ電圧の最大限度は、２．８ｋＶにしか到達できていない。この試験結果に基づき、当業者は、本発明の概念により実装されたコネクタは、製品のサージ耐性を高めることができる、と結論づけるであろう。従って、本発明の趣旨により実装されたコネクタは、製品それ自体およびその内部の構成部品を効果的に保護することができ、さらに、内部の構成部品に用いる抵抗およびキャパシタは、従来用いられているサージ・アブソーバよりも安価なため、製品コストを削減することができる。

＜第３実施例＞
図６は、本発明の第３実施例によるサージ保護用電子機器の概略図である。図６を参照するに、本実施例において、電子機器６００は、例えば、接続部６０１を具えるデスクトップまたはラップトップ型コンピュータである。さらに、接続部６０１の内部の構成は、図１のサージ保護回路と同様のものである。電子機器６００のサージ電圧の操作原理は、第１実施例と同様であるため、ここでは説明を繰返さないものとする。第２実施例において言及したコネクタは、コンピュータの外部を、コンピュータのマザーボードのネットワーク接続ポートに接続するためのものだが、本実施例の接続部６０１は、デスクトップまたはラップトップ型のコンピュータのマザーボード上に、直に配置することができる。外部のサージの電力を放出し、かつ、サージ保護機構を実現すべく、接地金属体６０７は、コンピュータのマザーボードの共通アース（ＧＮＤ）に接続され、さらに、金属線６０２＿１〜６０５＿１，６０２＿２〜６０５＿２は、ネットワークモジュール６２０に接続されている。

上述した実施例は、２つの金属線に対応する１つの抵抗を用いる方法であり、他の実施例では、１つの金属線に対応する１つの抵抗を用いることもできる。抵抗の尖端部（または、銅箔を用いて形成した尖端部）および金属線の尖端部は、同軸上にあり、さらに、図７に示すように、抵抗の尖端部と金属線の尖端部との間には距離Ｄを設け（すなわち、非接触式で接続させて）、先端放電の原理を満足させる。

なお、上述した実施例は、好適な実施例でしかない。実際の使用において、先端放電を遂行するのに、金属線の尖端部を、厳密に抵抗の尖端部に一直線に合わせる必要はない。言い換えれば、先端放電は、金属線の尖端部と抵抗の第１端部の任意の位置で起こり得る。ピン・ツー・ピン（pin-to-pin）（尖端部間）による方法と比較すれば、その結果は劣るかもしれないが、それでもやはり、この方法も、本発明のサージ保護回路による有益な方法である。

なお上述の実施例は、サージ保護回路並びにそれを用いるコネクタおよび電子機器を記載しているが、サージ保護回路１００、コネクタ２００および電子機器６００の設計法は、製造業者および企業が異なれば全て異なるものとなり、従って、当業者には、本発明の適用先を本実施例に限るべきではないことが明らかである、ということは言及すべきであろう。言い換えれば、サージ保護回路１００、コネクタ２００および電子機器６００において、先端放電の原理を利用し、さらに、サージ電圧を、金属線を介して抵抗およびキャパシタから接地金属体へと通過させて放電させれば、上述のプロセスは本発明の趣旨に従うものである。

まとめると、本発明は以下の利点を有する。
（１）既存の製品の既存の装備を置き換えることなく、当該製品のサージ耐性を高めるべく、当該製品に直列に接続することができる。
（２）信号線と接地金属体間の保護回路において非接触型の設計（non-contact design）を採用するため、信号の干渉を避けることができる。
（３）回路のサイズが小さく、接続が容易で、外部電力を全く必要としない。従って、サージが生成する高電圧電力に対する製品の耐久性を、効果的に向上させることができ、さらに、回路のコストを削減することができる。
信号線間の耐性を、当初の７００Ｖから、１．２ｋＶまで増加させ、さらに、信号線と接地金属体との間の耐性を、当初のわずか２．８ｋＶから、３．５ｋＶに増加させると共に、回路の構成要素のコストを削減することができる。

本発明を、実施例につき詳しく示し説明したが、当業者には、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、形状および細部において種々の変形が可能であることは理解されるであろう。

本発明の第１実施例によるサージ保護回路の概略図である。本発明の第２実施例によるサージ保護コネクタの、概略的な外観図である。本発明の第２実施例によるサージ保護コネクタの、概略的な内観図である。本発明の第２実施例によるサージ保護コネクタの、概略的な底部の回路図である。本発明の第２実施例によるサージ保護コネクタの、概略的な頂部の外観図である。本発明の第３実施例によるサージを保護する電子機器の概略図である。図１の実施例の他のサージ保護回路の構成部品の対応関係の概略図である。

符号の説明

１００サージ保護回路
１０１第１の金属線
１０２第２の金属線
１０３抵抗
１０４キャパシタ
１０５接地金属体
１０６第１の尖端部
１０７第２の尖端部
２００コネクタ
２０１接地金属体
３０１〜３０８金属線
３１１〜３１４抵抗
３２０キャパシタ
６００電子機器
６０１接続部
６０２〜６０５抵抗
６０２＿１〜６０５＿１，６０２＿２〜６０５＿２金属線
６０６キャパシタ
６０７接地金属体
Ｄ距離

Claims

尖端部を有する第１の金属線と、
第１端部を有し、当該第１端部と前記第１の金属線の尖端部との間に所定の距離を有す
る抵抗であって、前記第１の金属線とは非接続である抵抗と、
接地金属体と、
前記接地金属体と前記抵抗の第２端部との間を結合するキャパシタと、
を具え、
前記第１端部は、前記抵抗を構成する抵抗体の一部であること
を特徴とするサージ保護回路。
請求項１に記載のサージ保護回路において、
尖端部を有し、かつ、前記抵抗の第１端部との間に所定の距離を有する第２の金属線と
、
をさらに具えるサージ保護回路。
請求項１に記載のサージ保護回路において、
前記抵抗の第１端部が第１の尖端部を有し、さらに、前記第１の尖端部と前記第１の金
属線の尖端部との間に所定の距離を有し、前記抵抗の他の部分と前記第１の金属線の尖端
部との間の距離が、すべて、前記所定の距離よりも大きい、サージ保護回路。
請求項３に記載のサージ保護回路において、
尖端部を有する第２の金属線を更に具え、
前記抵抗の第１端部がさらに、第２の尖端部も具え、さらに、前記第２の尖端部と前記
第２の金属線の尖端部との間に所定の距離を有し、
前記抵抗の他の部分と前記第２の金属線の尖端部との間の距離が、すべて、前記所定の
距離よりも大きい、サージ保護回路。
請求項１に記載のサージ保護回路において、
前記抵抗が、表面実装デバイス（ＳＭＤ）の抵抗であるサージ保護回路。
請求項１に記載のサージ保護回路において、
前記キャパシタが、高電圧用のセラミックキャパシタであるサージ保護回路。
請求項１に記載のサージ保護回路において、
前記所定の距離の範囲が、５ｍｍ〜４０ｍｍであるサージ保護回路。
それぞれ尖端部を有する複数の金属線と、
対応する前記金属線の尖端部との間に所定の距離を有する第１端部をそれぞれ有する複
数の抵抗であって、前記複数の金属線の各々とは非接続である抵抗と、
接地金属体と、
前記接地金属体と前記複数の抵抗の第２端部との間を結合するキャパシタと、
を具え、
各々の前記第１端部は、前記複数の抵抗を構成する抵抗体の一部であること
を特徴とするコネクタ。
請求項８に記載のコネクタにおいて、
前記抵抗の第１端部が尖端部をさらに具え、前記尖端部と前記対応する金属線の尖端部
との間に所定の距離を有し、前記抵抗の他の部分と前記対応する金属線の尖端部との間が
、すべて、前記所定の距離よりも大きいコネクタ。
請求項８に記載のコネクタにおいて、
前記抵抗が、表面実装デバイス（ＳＭＤ）の抵抗であるコネクタ。
請求項８に記載のコネクタにおいて、
前記キャパシタが、高電圧用のセラミックキャパシタであるコネクタ。
請求項８に記載のコネクタにおいて、
前記所定の距離の範囲が、５ｍｍ〜４０ｍｍであるサージ保護回路。
接続部を具える電子機器であって、前記接続部が、
尖端部を有する第１の金属線と、
第１端部を有し、当該第１端部と前記第１の金属線の尖端部との間に所定の距離を有す
る抵抗であって、前記第１の金属線とは非接続である抵抗と、
接地金属体と、
前記接地金属体と前記抵抗の第２端部との間を結合するキャパシタと、
を具え、
前記第１端部は、前記抵抗を構成する抵抗体の一部であること
を特徴とする電子機器。
請求項１３に記載の電子機器において、前記接続部が、
尖端部を有する第２の金属線をさらに具え、前記尖端部と前記抵抗の第１端部との間に
所定の距離を有する電子機器。
請求項１３に記載の電子機器において、
前記抵抗の第１端部が第１の尖端部を有し、さらに、前記第１の尖端部と前記第１の金
属線の尖端部との間に所定の距離を有し、前記抵抗の他の部分と前記第１の金属線との間
の距離が、すべて、前記所定の距離よりも大きい電子機器。
請求項１５に記載の電子機器において、
尖端部を有する第２の金属線をさらに具え、
前記抵抗の第１端部が第２の尖端部をさらに有し、前記第２の尖端部と前記第２の金属
線の尖端部との間に所定の距離を有し、前記抵抗の他の部分と前記第２の金属線の尖端部
との間の距離が、すべて、前記所定の距離よりも大きい電子機器。
請求項１３に記載の電子機器において、
前記抵抗が、表面実装デバイス（ＳＭＤ）の抵抗である電子機器。
請求項１３に記載の電子機器において、
前記キャパシタが、高電圧用のセラミックキャパシタである電子機器。
請求項１３に記載の電子機器において、
前記所定の距離の範囲が、５ｍｍ〜４０ｍｍである電子機器。