JP4837414B2 - サージ保護回路 - Google Patents

Description

本発明は、サージ保護回路、特に船舶用無線機に使用する誘導雷サージ保護回路に関する。

雷が発生すると周囲に強力な電磁場が出来て、広い範囲で誘導雷が発生する。直雷の場合は、直接地上に落ちないと被害は出ないが、誘導雷の場合は、雷放電を感じないままで電子機器などの絶縁破壊による被害をもたらす。誘導雷により絶縁破壊する被害が電子機器の被害全体の中で圧倒的に多いというのが現状である。

電子機器の故障は、殆どの場合、能動素子の故障に起因する。能動素子は各端子間の印加電圧および電流の最大定格が定められていて、正常に動作している状態では定格内で作動するが、誘導雷を受けると能動素子に異常過電圧が印加される。誘導雷の電流はインパルス性であり、その成分は高周波帯域に及び、能動素子にまで高周波の過電圧（以下「雷サージ」という。）が印加されるため、前記能動素子が破壊される。

無線機の送信機の被害も同様である。誘導雷は、無線機の送信機に使用するアンテナから伝送線路を通じて送信機に侵入する。雷サージは、送信機の増幅器の終段に使用するトランジスタの耐圧以上の電圧であるため、トランジスタは雷サージにより破壊されてしまう。

従来は、雷サージによるトランジスタの破壊を未然に防止するために送信機の出力端、すなわちアンテナフィーダ部分や終端近くの同軸ケーブル間に高圧放電用の火花放電ギャップを設けていた。
特開２０００−５０４９４号公報

しかし、火花放電ギャップは、放電開始電圧を安定に保つことが困難で、大気の湿度に拠っても放電特性が変動する。火花放電ギャップを利用して雷サージを放電するためには、ギャップを調整することが必要であり、調整が不十分だと火花放電ギャップでは放電せずに、能動素子にまで高周波の雷サージが印加され、前記能動素子が破壊される場合があった。

一実施形態に係る本発明のサージ保護回路は、
サージアブゾーバ素子と、
バンドパスフィルタ回路と、
ダイオードブリッジ回路と、
安定化電源と
を備え、
前記サージアブゾーバ素子は、前記バンドパスフィルタの出力側に接続され、
前記ダイオードブリッジ回路及び前記安定化電源は、トランスを介して前記バンドパスフィルタの入力側に接続されること
を特徴としている。

また、前記サージアブゾーバ素子として、ガスアレスタを使用してもよい。

また、無線通信機に使用する整合器と送信機との間に接続されるようにしてもよい。

また、その用途を船舶用無線装置としてもよい。

また、別の実施形態に係る本発明のサージ保護回路は、
無線通信機に使用するサージ保護回路であって、
送信信号がベースに入力され且つエミッタが互いに接続された第１のトランジスタ及び第２のトランジスタ、前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタのコレクタにそれぞれ接続される第１のダイオード及び第２のダイオードのカソード、第１のトランスの１次巻線にそれぞれ接続される前記第１のダイオード及び前記第２のダイオードのアノード、前記第１のトランスの３次巻線にそれぞれ接続される第３のダイオード及び第４のダイオードのアノード、安定化電源にそれぞれ接続される前記第３のダイオード及び前記第４のダイオードのカソード、並びに、前記第１のトランスの前記第１巻線に第１巻線が接続される第２のトランスを含む送信機と、
前記送信機の前記第２のトランスの第２巻線に接続されるローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタに接続されるサージアブゾーバ素子と、
を備えること
を特徴としている。

また、前記サージアブゾーバ素子として、ガスアレスタを使用してもよい。

また、その用途を船舶用無線装置としてもよい。

本発明によれば、サージアブゾーバ素子（例えばガスアレスタ）等数点の部品の追加と既存の安定化電源に雷電圧を吸収させることにより、安価で放電特性の安定した避雷装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に示す実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係るサージ保護回路の例を図１から図３に示す。図１は、本発明の第１の実施形態に係るサージ保護回路を使用した短波帯の船舶用無線装置のブロック図である。なお、本発明は、短波帯の無線装置に限定して実施されるものではなく、他の周波数帯の無線装置においても実施可能である。

無線装置の送信部分は、送信機１０１、ローパスフィルタ１０２、避雷装置２００、整合器１０４、アンテナ１０５およびクランプ電源１０６から構成される。送信機１０１は、短波帯のキャリア周波数の発信回路、音声を送信する変調回路、電源回路等を有する。ローパスフィルタ１０２は、キャリア周波数である短波帯を通過させ短波帯以上の周波数を遮断する機能を果たす。整合器１０４は、アンテナの入力インピーダンスと送信電力増幅器の出力インピーダンスのマッチングを取るためのもので、送信電力をアンテナに効率よく供給する機能を果たす。アンテナ１０５は、送信機から出力された高周波電力を空間に電磁波として放射する。

本発明のサージ保護回路の主要部分は、避雷装置２００及びクランプ電源１０６である。図１に示す避雷装置２００の内部のブロック構成を示したものを図２に示す。避雷装置２００は、雷電圧クランプ回路２０１、バンドパスフィルタ２０２及びガスアレスタ２０３を有する。

次に避雷装置２００の回路図を図３に示す。整合器側にガスアレスタ２０３が挿入されている。ガスアレスタ２０３は、通常はインピーダンスが高く絶縁物として作用するが、一定以上のサージ電圧が印加すると、インピーダンスが小さくなり一種の短絡状態となって、サージ電流を流す。このガスアレスタ２０３をグランド電位間に挿入することにより、アンテナから侵入するサージ電流をグランドに吸収させ、サージ電圧をクランプする機能を果たす。誘導雷の電力の大部分は、このガスアレスタ２０３により消費される。

しかしながら、ガスアレスタにより吸収されなかった誘導雷電圧は、未だ送信機終段のトランジスタや周辺回路素子の耐圧以上の電圧があるため、トランジスタや周辺回路素子を破損、焼損させるに十分なエネルギーを有している。

そこで、次にバンドパスフィルタ２０２が残留する誘導雷電力のうち、高周波成分と低周波成分を遮断する。なお、バンドパスフィルタ２０２は、キャリア周波数を通過する帯域のものでなければならない。

上記バンドパスフィルタ２０２を通過した周波数成分を有する誘導雷電圧は、次に雷電圧クランプ回路２０１によりさらに一定電圧にクランプされた後、安定化電源であるクランプ電源１０６により吸収される。

このように第１の実施形態に係るサージ保護回路は、アンテナから誘導された誘導雷を、まず、ガスアレスタ２０３によりを大きく吸収する。次に、バンドパスフィルタ２０２により残留誘導雷エネルギーの低周波成分、高周波成分を遮断する。その次に、バンドパスフィルタ２０２を通過した周波数成分を有する残留誘導雷エネルギーは、雷電圧クランプ回路２０１を通じて、安定化電源であるクランプ電源１０６に吸収される。以上の構成により、高電圧である誘導雷電圧から送信機を保護する。

また、図２に示した本発明の第１の実施形態に係る避雷装置２００は、一つのモジュールとしての機構を備え、また、入出力の同軸コネクタやインピーダンスマッチングを取る手段を備えることによって（図示せず）、既存の無線機に挿入して利用することも可能である。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係るサージ保護回路の例を図４から図５に示す。図４は、本発明の第２の実施形態に係るサージ保護回路を使用した短波帯の船舶用無線装置のブロック図である。

第１の実施形態と共通する点は、アンテナ４０５、整合器４０４を通じて誘導された誘導雷電力の大部分を、ガスアレスタ４０３で消費させることである。ガスアレスタは、アンテナから侵入するサージ電流をグランドに吸収させ、サージ電圧をクランプする機能を果たす。

第１の実施形態と相違する点は、図２及び図３で示したバンドパスフィルタ２０２、雷電圧クランプ回路２０１を使用せず、ガスアレスタ４０３により吸収されなかった誘導雷電圧を、送信機の出力段に使用する安定化電源に吸収させることである。

次に、第２の実施形態に係るサージ保護回路を構成する送信機の出力段の回路図を図５に示す。送信機のパワーアンプ部の最終出力段の回路図である。

ダイオードＤ５０１及びダイオードＤ５０２は、トランスＴ５０４より流入する誘導雷電圧によってトランジスタＶ５１４及びトランジスタＶ５１５に流れる逆電流を阻止するためのものである。

トランスＴ５０３は、１次巻線と同じ巻数の３次巻線を追加する。ダイオードＤ５０３及びダイオードＤ５０４は、トランスＴ５０３の３次巻線に発生する誘導雷電圧を整流して安定化電源ＤＣ５０１に吸収させる。この回路により、トランジスタＶ５１４及びＶ５１５のコレクタ電圧は、安定化電源ＤＣ５０１の電圧の２倍にクランプされる。ここで、例えば、安定化電源ＤＣ５０１の電圧をＤＣ５０Ｖとすると、トランジスタＶ５１４及びＶ５１５のコレクタに印加される残留誘導雷電圧は、安定化電源ＤＣ５０１の電圧の２倍の１００Ｖにクランプされる。

図６に本発明の第２の実施形態に係る誘導雷装置を使用した場合にトランジスタＶ５１４に印加される残留サージ電圧波形を示す。８０００Ｖの電圧をアンテナに印加した実験結果においても、ガスアレスタ４０３で吸収された後に残る残留サージ電圧をさらに、送信機パワーアンプ部の最終出力段の安定化電源ＤＣ５０１に吸収することにより、トランジスタＶ５１４のコレクタに印加される残留サージ電圧は、約１００Ｖまでにクランプされていることが分かる。

このように第２の実施形態に係るサージ保護回路は、アンテナから誘導された誘導雷を、まず、ガスアレスタ４０３によりを大きく吸収する。次に、残留誘導雷エネルギーは、送信機の出力段に使用する安定化電源に吸収される。以上の簡易な構成によって、高電圧である誘導雷電圧から送信機を保護することができる。

本発明の第１の実施形態に係るサージ保護回路を使用した船舶用無線装置のブロック図。 本発明の第１の実施形態に係るサージ保護回路内部のブロック構成を示した図。 本発明の第１の実施形態に係るサージ保護回路の回路図。 本発明の第２の実施形態に係るサージ保護回路のブロック図。 本発明の第２の実施形態に係るサージ保護回路を構成する送信機の出力段の回路図。 本発明の第２の実施形態の実験結果を示す図。

符号の説明

Ｃ５０１ コンデンサ
Ｄ５０１、Ｄ５０２、Ｄ５０３、Ｄ５０４ ダイオード
ＤＣ５０１ 安定化電源
Ｔ５０２、Ｔ５０３、Ｔ５０４ トランス
Ｖ５１４、Ｖ５１５ トランジスタ
１００、４００ 無線装置
１０１、４０１ 送信機（ＴＸ）
１０２、４０２ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１０４、４０４ 整合器
１０５、４０５ アンテナ（ＡＮＴ）
１０６ クランプ電源
２００ 避雷装置
２０１ 雷電圧クランプ回路
２０２ バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
２０３、４０３ ガスアレスタ
６０１ ピーク電圧

Claims (7)

1. サージアブゾーバ素子と、
   バンドパスフィルタ回路と、
   ダイオードブリッジ回路と、
   安定化電源と
   を備え、
   前記サージアブゾーバ素子は、前記バンドパスフィルタの出力側に接続され、
   前記ダイオードブリッジ回路及び前記安定化電源は、トランスを介して前記バンドパスフィルタの入力側に接続されること
   を特徴とするサージ保護回路。
2. 前記サージアブゾーバ素子は、ガスアレス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回路。
3. 無線通信機に使用する整合器と送信機との間に接続されることを特徴とする請求項１に記載のサージ保護回路。
4. その用途が船舶用無線装置であることを特徴とする請求項１に記載のサージ保護回路。
5. 無線通信機に使用するサージ保護回路であって、
   送信信号がベースに入力され且つエミッタが互いに接続された第１のトランジスタ及び第２のトランジスタ、前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタのコレクタにそれぞれ接続される第１のダイオード及び第２のダイオードのカソード、第１のトランスの１次巻線にそれぞれ接続される前記第１のダイオード及び前記第２のダイオードのアノード、前記第１のトランスの３次巻線にそれぞれ接続される第３のダイオード及び第４のダイオードのアノード、安定化電源にそれぞれ接続される前記第３のダイオード及び前記第４のダイオードのカソード、並びに、前記第１のトランスの前記第１巻線に第１巻線が接続される第２のトランスを含む送信機と、
   前記送信機の前記第２のトランスの第２巻線に接続されるローパスフィルタと、
   前記ローパスフィルタに接続されるサージアブゾーバ素子と、
   を備えることを特徴とするサージ保護回路。
6. 前記サージアブゾーバ素子は、ガスアレスタであることを特徴とする請求項５に記載のサージ保護回路。
7. その用途が船舶用無線装置であることを特徴とする請求項５に記載のサージ保護回路。
   

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