JPH06501834A - 回路保護装置 - 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】 回路保護装置 この発明は過渡電圧からの電気回路の保護に関する。

過渡電圧は、多種の方法により、例えば雷、電磁放電または電気装置の操作によ り発生したパルスにより電気回路内に発生する。これらの現象は、極めて大きな 電流をケーブルおよび、例えば通信設備、航空機、船舶のごとき構造物に誘起さ せ、半導体のごときハードウェアまたは、伝送喪失または蓄積データの喪失のご とき電子的混乱を生じさせ、電気システムを貫通もしくは被害を与える。

静電放電は、人体のごときキャパシタからの極めて高速な放電である。これらの 放電は、こられのＦｉ！Ｌ電は、局所的なので個々の電気素子に重大な脅威とな る。

雷により誘起された過ａ電圧は、電気／電子装置とくに通信設備に脅威となる。

本発明によれば、過渡電圧から電気回路を保護するための構成が提供されており 、該構成は、回路の給電ラインとグランドとの間に接続されるか又は接続される ように構成された、電圧クランプまたは取り込み装置と、電圧クランプまたは取 り込み装置と直列に接続されたキャパシタと、前記ラインと直列に接続されたイ ンダクタンスとを備え、通常の動作状態では、その構成はＬＣフィルタとして機 能し、その高周波遮断ポイントは、電圧クランプまたは取り込み装置のキャバ　 ４ンタおよびインダクタンスにより決定され、その値はＩＫＨｚないしｌＯＭＨ ｚ好ましくは１０ＫＨｚないし５ＭＨｚの範囲にあり、この高周波数遮断ポイン トは、電圧クランプまたは取り込み装置が導通するのに十分な過渡電圧が印加さ れた時、キャパシタおよびインダクタンスの値により決定される値に低下する。

電圧クランプ装置は、例えば、半導体ダイオード、アバランシェダイオードまた はツェナーダイオードを含む背中合わせに接続したダイオード構成のごとく、電 圧制限特性を持つ多数の装置から選択されてもよい。これとは別に、酸化亜鉛、 ／リコンカーバイドまたは池のバリスタ材料のごとき非リニアの抵抗が採用され てもよい。電圧クランプ装置は、所望するなら、ＭＩＭまたはｎｉｎ装置または 気体の電圧レギュレータを含んでもよい。本発明に適用したＭＩＭおよびｎｉｎ 装置は、国際特許出願のＰＣＴ／ＧＢ　８９１０　Ｏ８０９およびＰＣＴ／ＧＢ ８９１００８０８に開示されている。

ここで用いた“取り込み装置”という語は、低電圧時には、少なくとも１００に オーム、好ましくは少なくともｌメグオーム特に好ましくは１０メグオームの高 抵抗を示すが、高電圧（この最低電圧を“しきい電圧”と呼ぶ）が印加されると 、その抵抗が高い値から低い値、例えば１０オーム以下に低下することを意味す る。

本装置は、該装置に小さい“保持電流”が保たれている限り、低抵抗状態を保持 し、保持電流かなくなると、高抵抗状態へ自動的に復帰する。適した取り込み装 置は、電圧制御のトライア・ｌり、電圧制御のサイリスタまたはガス放ｉ！管を 含む。

好ましい電圧クランプ装置は、例えば、商品名“Ｔ　ｒａｎｓ　Ｚ　ｏｒｂ”で 市販されている双方向のクランプダイオードである。クランプまたは取り込み装 置は、通常、１０ｐＦないし１０ｎＦ、特に１００ｐＦないし５ｎ−Ｆの範囲の 浮遊容量を持つ。

い（つかの実例では、電圧クランプまたは取り込み装置は余りにも低い浮遊容量 を持ち、その場合には、キャパシタンスを好ましい値にするために、それと並列 に小容量のキャパシタンスが接続される。

インダクタンスは、好ましくは、１００ｎＨないし１００ｍＨ，好ましくは１ｎ Ｈないし１ｍＨの範囲のある値を持つ。これは、例えば抵抗に巻いたワイヤーに よる浮遊インダクタンスを利用することにより達成される。ある状況下では、代 わりに、小さいインダクタを適用してもよい。そのインダクタは、通常、ｌない し５０オーム、好ましくは３ないし１０オームの抵抗を伴っている。その抵抗は 、ライン内に直列に接続されたすべての抵抗の合計が適した限界内となるように 選択される。

キャパシタは、ｌ　０ＯｐＦないし１０ｎＦ、好ましくは１０ｎＦないしｌｎＦ の範囲のキャパシタンスを持つ。たいていの場合、キャパシタが電圧クランプま たは取り込み装置の浮遊容量の少な（とも１０倍のキャパシタンスを持つのが好 ましく、特に好ましくは浮遊容量の少な（とも１００倍を持つ。キャパシタンス が電圧クランプまたは取り込み装置の浮遊容量の１００倍を持つ場合には、高周 波数遮断ポイントは、過渡電圧を受けた時、通常動作時の遮断周波数ポイントの およそ１／１０まで低下する。

本発明による構成は、正常動作時において、比較的高い遮断ポイントを有するロ ーパスフィルタとして作用するが、過渡電圧を受けた時には、その高い周波数ゲ インが直ちに大きく減じられる。これにより、例えば、遮断ポイントが元来の周 波数の１／１０に低下し、正常動作時の遮断ポイントにおける周波数でのゲイン の大きさが４０ｄＢ減じられる。

本発明による構成は、高エネルギー、長期間の過電圧から回路を保護するために 付随的な要素を含んでもよい。例えば、回路は好ましくは、高エネルギーの過渡 電圧を大地へ分流させるために、導体とアースとの間に接続されたスパークギャ ップまたはガス放電管（ＧＤＴ）を含む。このような要素は、極めて速く電圧が 変化するパルスを保護するために使用されるといった、ある状況下では、回路に 損害を与える。例えば、もし、ＧＤＴがＩＫＶｕｓ”の立ち上がりエツジを持つ 過渡　・電圧を受けるならば、例えば５００ｖでスイッチし、過渡電圧はおよそ １ｎＳでゼロに低下し、これにより゛、伝送された過渡電圧は、５００　Ｋ　Ｖ ｕｓ”の降下速度を持つ。このような電圧の速度変化は、回路の負荷に対して永 久的な損害を与える。しかしながら本発明は、電圧クランプまたは取り込み装置 のスイッチングに下エツジでのスロープを減じる。

更に、またはこれとは別に、本構成は、例えばシステムの故障により、またはメ イン電源への偶発的または悪意の接続により、生じた長時間継続する過電流から 回路を保護するために、付随的な高エネルギー過電圧装置と電圧クランプまたは 取り込み装置との間のラインに直列に接続される過電流保護装置を含んでもよい 。適した装置としては、正の温度係数（ＰＴＣ）の装置、例えばセラミ、り、ま たは重合性のＰＴＣ装置、好ましくは重合性装置、例えばモドリマンその他によ る米国特許４．２３８．１８１２および４．３２９．７２６に開示されている。

このような装置としてはレイケムフーポレイシッンによる商標名“ポリスイッチ ”を利用できる。

スイッチオフ時およびスイッチオン時の双方で回路がローパスフィルタとして作 用するので、ＧＤＴまたはＰＴＣ装置をスイッチさせる程十分に太き（ないＤＣ または極めて低い周波数の過電圧から回路を保護できないという欠点を持つ。

これはキャパシタ対して並列に接続された付随的な電圧クランプまたは取り込み 装置を接続することにより克服される。その場合、キャパシタと直列に接続され た電圧クランプまたは取り込み装置またはキャパシタと並列に接続されたクラン プまたは取り込み装置は、通常のシステム電圧よりも極めて大きいクランプまた はしきい電圧を持つ。

本発明による構成は、例えば共通のグランドを有する平衡対のラインが使用され る、電話設備に適用してもよい。この場合、一対の給電ラインに直列に接続され 、かつ、コモンのグランドに接続された、本発明による対の構成からなる回路　 ・保護ユニットが適用される。

本発明による二つの形態の構成を添付した次の図面に従って説明する。

図１は、本発明による一つの形態による構成の回路図。

図２は、図１の回路図に対して寄生的ないくつかの値を付した図。

図３は、図１の回路の性能を示した図。

図４は、図１の回路図の変形を示した図。

添付の図１を参照すると、５端子の電話回路保護モジニールは、平衡対のライン １およびコモングランドライン１′を持つ。二つの同一の回路保護の構成が備え られており、各々はモジュールの各ラインに関係している。各構成は、ラインｌ とグランドｌ”との間に接続された双方向の電圧クランプダイオード３、クラン プダイオード３と直列に接続されたキャパシタ２、およびラインと直列に接続さ れた２００マイクロ■（のインダクタ４を備える。更に、この構成は、ライン１ とグランドとの間に接続されたＧＤＴ５および、ラインと直列に接続されたＰＴ Ｃ装置６を含む。このＰＴＣ装置６は、およそ６オームの低い温度抵抗を持ち、 これにより、モジニールのラインの総合抵抗は、６オームにインダクタ４の抵抗 値を加算した値となる。

図２は、図１の回路を示すと共に、最も重要な浮遊量即ち、電圧クランプ装置３ の浮遊キャパシタンス７およびインダクタ４の抵抗８を示す。キャパシタンス７ はほぼ２ｎＦであり抵抗８は５６オームである。

この構成の性能を図３に示す。正常動作時では、本構成は、ローパスのＲＬＣフ ィルタとして作用し、そのキャパシタンスは直列に接続されたキャパシタンス２ およびクランプダイオード３の浮遊容量により与えられる。このユニットが過渡 電圧を受けると、クランプダイオード３は、ライン１とグランド間の電圧をクラ ンプし、この結果、フィルタ回路のキャパシタンスは、上記のキャパシタ２によ り与えられる。フィルタの遮断ポイントは、それ故、元来の遮断ポイントの周　 ・波数のおよそ１／１０に低減され、又、上記の正常動作時の遮断ポイントでの 周波数でゲインかおよそ４０ｄＢ低減される。ＧＤＴが焼損した時、ライン１の 電圧は、およそｌｎＳ内にゼロまで低下しようとし、これはおよそ５００ＫＶｕ ｓ−’の電圧降下に相当する。しかしながら、フィルタの低減周波数帯が電圧降 下を該ユニｙ）の出力部でおよそ５００Ｖｕｓ−Ｉの電圧降下に制限する。

図４は、図１に示した回路の変形を示しており、該回路は、ＤＣ過電圧に対して 回路に保護を与える。この回路は、図１の回路に更に別の双方向の電圧クランプ ダイオード１０を、キャパシタ２と並列に接続したものに対応する。このクラン プダイオード１０は、二つのダイオード３および１０の降伏電圧の合計がシステ ムの最大電圧より大きくなるような降伏電圧を持つ。

周波Ｗ＆／Ｈｚ 平成　５年　３月　２６日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）過渡電圧から電気回路を保護するための構成であって、該構成は、回路の 給電ラインとグランドとの間に接続されるか又は接続されるように構成された、 電圧クランプまたは取り込み装置と、電圧クランプまたは取り込み装置と直列に 接続されたキャパシタと、前記ラインと直列に接続されたインダクタンスとを備 え、通常の動作状態では、その構成はＬＣフィルタとして機能し、その高周波数 遮断ポイントは、電圧クランプまたは取り込み装置のキャパシタおよびインダク タンスにより決定され、その値は１ＫＨｚないし１０ＭＨｚの範囲にあり、この 高周波遮断ポイントは、電圧クランプまたは取り込み装置が導通するのに十分な 過渡電圧が印加された時、キャパシタおよびインダクタンス塩値により決定され る値に低下するようになっている構成。 （２）インダクタンスが１００ｎＨから１００ｍＨの範囲の値を持っ請求の範囲 第１項記載の構成。 （３）インダクタンスが１マイクロＨから１ｍＨの範囲の値を持っ請求の範囲第 ２項記載の構成。 （４）合計の直列抵抗が１から５０オームの範囲にある請求の範囲第１項ないし 第３項のいずれかに記載の構成。 （５）合計の直列抵抗が３から１０オームの範囲にある請求の範囲第４項記載の 構成。 （６）本構成が電圧クランプ装置または取り込み装置圧導通させるに十分な過渡 電圧が印加された時、高周波遮断ポイントが正常動作時の周波数遮断ポイントの ０．１倍より大きくない周波数で起きる請求の範囲第１項ないし第５項のいずれ かに記載の構成。 （７）給電ラインとグランドとの間に接続されるか又は接続されるように構成さ れた高エネルギー取り込み装置を含む請求の範囲第１項ないし第６項のいずれか に記載の構成。 （８）高エネルギー取り込み装置がガス放電管または電圧制御のトライアックで ある請求の範囲第７項記載の構成。 （９）給電ラインに直列に接続された過電流保護装置を含む請求の範囲第１項な いし第８項のいずれかに記載の装置。 （１０）過電流保護装置がＰＴＣ装置である請求の範囲第９項記載の装置。 （１１）キャパシタに接続された電圧クランプまたは取り込み装置を別に備え、 この電圧クランプまたは取り込み装置および別の電圧クランプまたは取り込み装 置は、システム電圧より大きい、結合されたクランプまたはしきい電圧を持つ請 求の範囲第１項ないし第１０項のいずれかに記載の構成。 （１２）一対の給電ラインに直列に接続され、かつ、コモングランドに接続され るように構成された請求の範囲第１項ないし第１０項のいずれかに記載の一対の 構成を備える回路保護ユニット。