JPH0279722A - 過電圧保護回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、過電圧保護回路に係り、特に確実に保護動作
を行なう改良された過電圧保護回路に係る。

従来の技術及び問題点 過電圧あるいは過電流状態に対して、電気器具を保護す
る回路装置について多くの良く知られたものがある。多
くの場合は、保護方法が器具使用者及び操作者の個人的
安全を保証することが必要であり、好ましい。ヒユーズ
や回路遮断器の様な保護装置は、主として回路の過電流
に応答する。

ヒユーズ抵抗器及び正のｍｒｇＩ係数（ＰＴＣ）サーミ
スタの様な他のものは、過電圧の存在での過電流を制限
するよう設計されている。

ＰＣＴサーミスタは又電源及び電気器具においてサージ
電流調整器として広い応用を持っている。

玉流のりミツターは過負ｖＪ電流を制御されたバスに流
させることにより、過電圧を安全レベルにクランプする
のに役立つ。その例は、ツェナーダイオード、気体放出
装置、及び酸化金属バリスター（ＭＯＶ）である。その
様な従来の過電圧保護装置の例は、米国、ゼネラル・エ
レクトリック・カンパニー、半導体製品部により出版さ
れた、１９８６年、第５版、“過渡電圧抑制″＜マニュ
アル）、及びムラタ・エリ−・ノースアメリカ・インク
による出版された、１９８６年、カタログＮＱＲ１４Ｅ
−１、゛ポジスター”　　（＋Ｊ−ミスタマニュアル）
、に図解され説明されている。

全てその様な保護装置は、エネルギ制限を有する。ヒユ
ーズ、回路遮断器、ヒユーズ抵抗器の場合は、突起的故
障が過電圧及び過電流の組合せから生じる。同様に、電
圧制限装置は過大な過電流にさらされた場合爆発するか
又は短絡する。

１ボルドーアンペアよりたぶん小さい低エネルギレベル
で酋通勤作するあるタイプのシステムは、数千ボルドー
アンペアの過負荷状態にさらされることがある。かかる
一つのシス１ムは、稲妻打撃及び電力線交差にさらされ
る通常の電話線である。

他の例は、偶発的誤用か又は内部誤動作が爆発事故を起
こさせる場合のマルチメーターでの電圧測定である。こ
れらの例の各々では最悪事例の過負荷エネルギは非常に
大きいので従来のヒユーズは物理的寸法、Ｉｆ済性のい
ずれを考慮しても実際的でない。全ての場合に、最適設
計では通常の過負ｖｉ（即ち通常起こりつるようなもの
）から完全に回復可能である。

付は加えて、保′Ｓ装置が動作しない最悪の事態に対し
て故障は生命及び財産に対する危険を最小化する方法で
起きなければならない。

問題点を解決するための手段 本発明によれば、ＭＯＶの様な電圧制限器のエネルギ抵
抗制限と組合せてＰＴＣザーミスタに固有のエネルギ制
限特性を利用する過電圧保護用の改良された回路又はｖ
ｉｔ置が提供される。ＰＴＣサーミスタは、多数の長所
が得られた様に電圧制限器と直列に接続される。かくて
、ＰＴＣサーミスタは、ラインヒユーズあるいはクロス
ラインにおいて電圧シ１１限器を開かせ或いは更に悪く
は爆発を伴なう故障を起こす過負荷状態に対して充分に
回復可能であるよう設計される。本発明によれば、その
様なＡ常な過電圧状態は、保護の焦点を回復可能性から
保護装置の極端でない犠牲へ変えることによって処理さ
れる。

サーミスタ本体にアークが生ずるのを妨げるサーミスタ
形状を利用すれば、サーミスタの故障モードは、過負荷
ヒユーズあるいは抵抗器に対する場合により、より予測
出来る。この予測可能な故障モードは、−度の応力によ
るサーミスタ本体材の分離を含む。故障時回路電流が十
げられ、安全の確率、過負荷電流の極端でない中断が増
す１５本発明と組合わゼでエネルギ抵抗に対してＭＯＶ
を使用することにより、適切な過電圧状態から充分に回
復することが保証される。本発明の回路は、サーミスタ
によりなされる１ネルギ制限により極端なＭＯＶパッケ
ージ破損を防ぐ過大な過電圧状態に対する設計ができる
。過度の過負荷のほと／υどの状態では、新しい回路の
サーミスタは、その表面温度を、絶縁材が溶けたり発火
したりするのを防ぎ火の危険を最小にする制限内に維持
する。

従来の抵抗電流は、制限について同様の状況下で、温度
上昇を安全で危険でない水準に制限することはざらに難
かしい。

問題点を解決するための手段 本発明の−の目的は、最も極端な過負侑状況下で保護装
置の極端でない犠牲と共に過負荷状態からの充分な回復
可能性の幅を拡げつる改良された過電圧保護回路を提供
するにある。

本発明の他の目的は、保護きるべき回路に接続されたバ
リスタ手段と保護さるべき回路及び入力回路の間に直列
に接続された正の抵抗温度特性を有する感熱抵抗とより
なる入力又は供給回路の過ＭＪ３−から回路を保護する
過電圧保護装置を提供するにある。

本発明の更に他の目的は、回路に接続された酸化金属バ
リスター手段と、保護さるべき回路及び入力回路の間に
直列に接続された正のサーミスタとを有する過電圧保護
回路を提供するにある。

実茄例 第１図に従来のヒユーズ式ＭＯＶバリスター過電圧保護
回路を示す。保護される回路はＭＯＶバリスター１２と
ヒユーズ１４とを分岐された１０で丞される。ラインヒ
ユーズ１６も示しである。

ＭＯＶバリスターは、背面合せツェナーダイオードと同
様な電気作用を有する電圧依存性非線形装首である。過
渡的高電圧にさらされた場合、バリスターのインピーダ
ンスの大きさの桁が近くの開回路から高い伝導レベルへ
変え、これにより過渡内型Ｂを安全レベルにクランプす
る。入来過渡パルスの電位的破壊エネルギはバリスター
により吸収され、保護きるべき回路の傷つき易い回路部
品を保護する。バリスターは本来堅牢であるが、バリス
ターのピーク電流／エネルギ一定格を越えるサージを受
けたとき初めに短絡モードで故障する。バリスターは電
圧定格をはるかに越えた一定の電圧で動作された場合は
短絡する。応力のこの後者のモードは鉛ハンダ接合の溶
融による装置の回路の断線を結果的に生じる。装置が短
絡モードにおちいった場合、バリスターを通る電流は、
主として電源インビダーダンスによって制限される。

結果的に、人聞のエネルギーが生じ、固形及びガス形の
両方でパッケージが機械的に破損しパッケージ材が除か
れる結果を生ずる。

第１図の回路は、高い故障電流を制限するようバリスタ
ーを溶かすことによってこれらの可能性のあるバリスタ
ー障害を最小化する一つの一般的方法を示す。ヒユーズ
の位置は回路への分配ラインあるいは、第１図に示す様
にバリスターと直列にある。従来の方法によれば、ヒユ
ーズはバリスター・パッケージ損傷が発生するレベル以
下に電流を制限するバリスタ特性と調和される。かかる
ヒユーズは、上記過渡電圧抑制マニュアルに詳細に記述
されている。しかしながら、ヒユーズがその意図する目
的を果たす場合でも、バリスターを保護するようヒユー
ズが開く各過負荷状態の後正確な交換が必要である。

高電力産業用回路では、ライン電流は・−殻内にバリス
ター保護に対するラインヒユーズ１６の使用を除外する
ほど高い。ヒユーズはバリスター欠陥状態のもとで、開
かないあるいは、開路しないことがあり、バリスター故
障となる。低電力応用では、ラインヒユーズ１６だけを
使用することが、可能である。ヒユーズ１４よりむしろ
ラインヒユーズ１６を使用すると、回路に印加されるヒ
ユーズアーク電圧をｈする問題は生じない。逆に、と１
−ズ１４だけでは、ヒユーズアーク電圧はバリスター電
圧に加えて、過渡電流クランプ電圧を増加させる。ある
ヒユーズは２倍のピーク作動電圧を越えるピークアーク
電圧を有するので、ヒユー　　　　□ズが溶けることは
保護レベルで重要な効果を有する。位置の選択の別な要
因はシステム遮断の結果である。ヒユーズ位置１６は、
位１１４はできないが、回路の遮断を生じる。ヒユーズ
１４が、開いて６回路は動作し続けるので保護は存在し
ない。

この叩出で、ヒユーズ１４の状態をモニター出来ること
が望ましい。

第２Ａ図、第２８図及び第２Ｃ図を参照するに、ここに
は電話システム回路の保護用のバリスタおよび抵抗又は
ヒユーズを用いる代表的回路が示される。第２Ａ図−第
２Ｃ図を参照するに、バリスター１８−２８は、チップ
とリングライン３０゜３２及びライン抵抗を用いるグラ
ウンドあるいはヒユーズ３４．３６の間に’ｒｅＦＡさ
れている。その様な回路も又上記過渡電圧抑制マニュア
ルに記述されている。第１図に関連した上記説明はこれ
らの回路にも当てはまる。

第３図に、本発明の望ましい実施例によって構成した過
電圧保護回路を示す。同図中、保護さるべき回路４０を
有するマルチメータを例として構成された保護さるべき
回路を３８で示す。一対のＭＯＶバリスター４２．４４
は保護さるべき回路４０の端子あるいは入力接続と直列
に接続されている。或いは同等の電圧定格の単一ＭＯＶ
バリスターが利用できるならこれを用いてもよい。適切
なＭＯＶは前記過渡電圧抑制マニュアルに挙げられてい
るげネラル・エレクトリック・カンパニーの例によって
得られる。

マルチメータには、供給回路に接続する為、入力端Ｆ４
６と４８が設けられている。端子４８はＭＯＶ４４に接
続されそして一つの端子あるいは、保袋回路４０に接続
される。他の入力端Ｆ４６は、ＰＴＣサーミスタ５０と
抵抗５２を介して他のＭＯｖ４２及び他の端子即ち保護
回路４０に：接続される。適切なＰＴＣサーミスタは、
上記゛ポジスタ−”カタログに挙げられているムラタ・
Ｔり一の例によって得られる。サーミスタ５０に関する
浮容容帛は５４の破線で示される。

例として、端子４６．４８の入力電圧は、６０００ボル
トビーク過渡を受ける１０００ボルト動作でよい。

ＭＯＶ４２．４４！、ｔ、１８００ホルト制限ヲ与エル
ヨう選択される。抵抗５２は、浮容容吊５４を介して保
護回路４０へ接続される。高速過渡を吸収する為利用さ
れる５００オーム１／２ワツト抵抗器でよい。ＰＴＣサ
ーミスタ５０は各区部ち初期値１５００オームでよい。

１丁Ｃサーミスタはある温度まで一般的に一定の初期抵
抗を保つ。その温度を越えると、抵抗器値は急激に増す
。急激な変化が生じるこの点は、キューリー点と呼ばれ
る。

本発明の回路は、ＭＯＶ４２．４４の様な電圧制限器と
直列に接続された場合ＰｒＣサーミスタに固有のエネル
ギ制限特性の長所を有する。この概念は電圧ｖ１限器Ｍ
ＯＶ耐Ｔネルギ制限で勺−ミスタのレットスルーエネル
ギを調整することである。第１図及び第２図の従来の保
護回路と比較した長所は以下のものを含む： １、　　ＰＴＣサーミスタ５０は第１図及び第２図に示
されるヒユーズあるいは抵抗を開ぎ、更に悪くはヒユー
ズ爆発を伴なう様な過負荷状態に対して、充分に修復が
可能な様に設置１されている。新しい保護回路はかくて
より広い範囲の修復可能な保護を与える。

２　過大な過電圧に対して、保護焦点は修復可能値から
保護装置の極端でない犠牲に変る。サーミスタ本体のア
ーキングを妨げる設計のサーミスタ形状では、サーミス
タの故障モードは、過負荷ヒユーズあるいは抵抗器に対
する場合よりさらに予測可能である。このより予測可能
な故障モードはさらに熱応力下でのサーミスタ本体物質
の分離を生ずる。故障で回路電流は下がり、これにより
安全負荷電流安全で極端でない中断の可能性が増す。か
くて断回路は、より安全でさらに制御された破墳的故障
を与える。

ａ　耐エネルギに対する適切な等級のＭＯＶ装置の選択
により、適切な過電圧状態から完全に復旧する。その様
なＭＯＶ装置は、ＭＯＶの電圧等級及び問題の回路の電
圧パラメータにより示される様に直列に一つ又は複数の
ＭＯＶがら成る。この設置のサーミスタ装置により与え
られるエネルギ制限は極端なＭＯＶパッケージ破損を防
ぐ。その様な極端な状態に対して、ＭＯＶが故障するこ
とは受は入れられつるが、パッケージ破損よりむしろ内
部短絡により故障することが好ましい。本発明の回路は
かかる保護を与える。。

４、適切な過負荷のある状態下で、サーミスタ５０は、
その表面温度を絶縁体の溶融あるいは発火を防ぎ火災の
危険を最小にする制限内に維持する。従来の限流抵抗器
のある同様の状況下では、温度上昇を安全な非危険レベ
ルに制限するのはがなりむずかしい。

５、過負荷状態に従うヒユーズあるいは溶ける抵抗器の
置き換えそして正確な置換物が用いられることがいつも
要求される。正しくない置き換えは、いつも予期される
可１４９は続く過負荷中、危険な故障を生じることであ
る。サーミスタＭＯＶ組合せの修復可能な性質は、ルー
チンの過負荷の後の部品交換の必要を減少させることで
ある。

本発明の詳細な説明したが、これはあくまで−例を説明
したので、これに限定して解釈さるべきでなく、本発明
の精神及び範囲はクレームの表現によってのみ限定解釈
さるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の過負荷保護回線の系統図、第２Ａ図−第
２Ｃ図は従来の電話回線保護回路の系統図、第３図は本
発明による過負荷保護回路の回路系統図である。 １０．４０・・・保護回路、１２・・・ＭＯＶバリスタ
ー（酸化金属バリスター）、１４．３６・・・ヒユーズ
、１６・・・ラインヒユーズ、１８．２０．２２゜２４
．２６．２８・・・バリスター、３ｏ・・・デツプ、３
２・・・リングライン、３４・・・ライン抵抗器、３８
・・・図、４２．４４・ＭＯＶバＵス９−１４６゜４８
・・・入力端子、５０・・・ＰＴＣサーミスタ、５２・
・・抵抗、５４・・・浮遊容量。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. （１）電源入力端子に接続されるべき回路と、該電源入
   力端子面に接続されたバリスター手段と、該入力端子の
   一つ及び該電源供給端子の一つの間に接続された正の抵
   抗温度特性を有する感熱抵抗手段との結合より成り、電
   源供給端子に接続されるようになされた電源入力端子を
   有する過電圧保護回路。
2. （２）該バリスター手段は酸化金属バリスターよりなる
   請求項１記載の回路。
3. （３）該感熱抵抗手段は正のサーミスタよりなる請求項
   ２記載の回路。
4. （４）該サーミスタと該入力端子との間に接続された抵
   抗手段を含む請求項３記載の回路。
5. （５）保護さるべき回路を保護さるべき回路に接続され
   たバリスター手段、該保護さるべき回路と該供給回路と
   の間に直列に接続された正の抵抗温度特性を有する感熱
   抵抗手段との結合から成り供給回路に接続されるように
   なされた過電圧保護回路。
6. （６）該バリスター手段は酸化金属バリスターよりなる
   請求項５記載の回路。
7. （７）該感熱抵抗手段は正のサーミスタよりなる請求項
   ６記載の回路。
8. （８）該サーミスタ及び該保護さるべき回路の間に接続
   された抵抗手段を含む請求項７記載の回路。
9. （９）該保護さるべき回路に接続されたバリスター手段
   と、該保護さるべき回路及び該入力回路の間に直列に接
   続された正の抵抗温度特性を有する感熱抵抗手段との結
   合から成り、保護さるべき回路を該保護回路用の入力回
   路の過電圧から保護する過電圧保護装置。
10. （１０）該バリスター手段は酸化金属バリスターよりな
    る請求項９記載の装置。
11. （１１）該感熱抵抗手段は正のサーミスタよりなる請求
    項１０記載の装置。
12. （１２）該サーミスタと該保護されるべき回路の間に接
    続された抵抗手段を含む請求項１１記載の装置。