JPH07502159A - 信号および電力の伝送線路のための保護装置 - 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】 信号および電力の伝送線路のための保護装置本発明は、例えば回路負荷の短絡に よる過電流からの電気回路の保護、特に直流または低周波の交流電力と一緒に交 流信号を伝送する回路の保護に関するものである。

なお、本明細書の記述は本件出願の優先権の基礎たるイギリス国特許出願第９１ ２０７２７．４号の明細書の記載に基づくものであって、当該イギリス国特許出 願の番号を参照することによって当該イギリス国特許出願の明細書の記載内容が 本明細書の一部分を構成するものとする。

信号と電力の双方を伝送する回路のうちで重要なタイプのものにケーブルテレビ ジョンに用いられるものがある。ＣＡＴＶシステムは通常送信局から加入者宅へ 信号を伝送するために、例えば５０〜７２Ωの１本以上の同軸線路を具えており 、各線路は多数回にわたり分岐されて、送信局から来る各線路を多数の加入者に 供し得るようになっている。この場合、線路を分岐する度毎に信号電力が低下す るから、線路には周期的な間隔で信号増幅器を設置している。これらの増幅器用 の電力も線路により伝送する必要があるため、線路は例えば１０〜１００１００ ＯＯ）周波数（７）　ＣＡＴＶ信号以外に１０〜５０Ｖ　（７）直流または低周 波交流電力も伝送する。　ＣＡＴＶシステムは、送信局／分配点に設置したヒユ ーズまたはバイメタル保護器によって導線の短絡または他の故障に対して保護さ れるようになっている。ヒユーズはケーブル内よりもむしろ送信局に設置され、 その理由は、ヒユーズは一旦とんだら取り替える必要があり、従ってできるだけ 便のよい所に設けなければならないからである。同様に、バイメタル保護器も正 しく機能させるためには規制された環境を必要とし、またそれらの信頼度はしば しば取り替えなければならない程度のものであるから送信局に設置するようにし ている。さらに、バイメタル保護器は物理的に極めて大きくしなければ同軸ケー ブルとインピーダンス整合させることができず、このために取扱うのが非常に厄 介である。

従って、現行のＣＡＴＶシステムには線路のどこかで故障が生じた場合に、その 線路全体の機能を停止させなければならないという問題がある。このようなこと は加入者にとって不都合なだけでなく、故障が生じた箇所を正確に追跡するのが 困難で、時間もかかり、ＣＡＴＶ会社にとっては収益の損失を招くどとになる。

本発明の第１の態様は、信号および電力共用伝送線路に関連するシステムを過電 流から保護するために該線路に挿入するモジュールであって： （ｉ）前記線路を形成するケーブル用の接続ボートを有し、かつ前記線路にイン ピーダンス整合され、前記ケーブルの導線の１つがコンデンサを介して共に接続 されるように成したハウジング；および（ｉｆ）前記線路上の信号から分離する ためにインダクタを介して前記コンデンサの両端間に接続され、過電流に応答し て導通状態から阻止状態に切り換わることができ、かつ阻止状態に切り換わった 後に、それ自体がリセットしたり、または１回以上導通状態へのリセットを試み ることができるソリッドステート過電流保護回路； を具えていることを特徴とするモジュールにある。

さらに本発明の第２の態様は、信号と、直流または低周波の交流電力との双方を 伝送する線路を含み、かつ該線路内に挿入した装置によって過電流から保護され る電気システムであって： （ｉ）前記線路にインピーダンス整合されるハウジングであって、前記線路の導 線の１つに直列に接続されるコンデンサを入れるハウジング；および（ｉｉ）前 記線路上の信号から分離するためにインダクタを介して前記コンデンサの両端に 接続されるソリッドステート過電流保護回路であって、過電流に応答して導通状 態から阻止状態に切り換わることができ、かつ阻止状態に切り換わった後には、 前記保護回路そのものな導通状態にリセットさせたり、−口辺上リセットを試み たりすることができる過電流保護回路；を具えていることを特徴とする電気シス テムにある。

本発明によるモジュールの利点は、それを信号源と負荷との間のシステムの線路 内に設置でき、その種の多数のモジュールを線路の様々な箇所に設置できること にある。例えば、ＣＡＴＶシステムの場合には、必要であれば線路の分岐点に関 連付けて１個以上のモジュールを設けることができる。線路が例えばその線路に おける短絡または他の故障により過電流を受ける場合には、その故障箇所の上流 の最も近いモジュールにおける保護装置を切って、この切ったモジュールの下流 の線路にしか故障の影響が及ばないようにする。これにより、故障により悪影響 を受ける加入者の数が著しく少な（なるだけでなく、保護回路がどこでトリップ したかで故障が生じた線路区分が判るから、故障箇所の追跡が非常に簡単になる 。さらに、システムが短期間の過電流を受けた場合には、その過電流が通過した 後に保護回路は自動的にリセットするようになる。

保護装置は２端子回路とし、かつ外部電源を必要としないものとするのが好適で ある。保護回路は信号通路とは分離させるから、必ずしも線形応答を呈するもの とする必要はない。保護回路としては本願人の出願に係る国際特許出願Ｗ０９２ ０７４０３号に記載のものを有利に用いることができる。スイッチング回路は直 流線路に直列に接続されるスイッチング−トランジスタと、このスイッチング− トランジスタのベースまたはゲート電圧を決定する制御トランジスタとで構成し 、かつ制御トランジスタのベースまたはゲート電圧がスイッチング回路間の電圧 降下に依存するようにするのが好適である。例えば、制御トランジスタはスイッ チング−トランジスタをまたいでこのスイッチング−トランジスタのベースまた はゲートバイアスを設定する分圧器の１つのアームとすることができ、制御トラ ンジスタはスイッチング−トランジスタのベースとエミッタまたはゲートとソー スに並列に接続する。制御トランジスタのベースまたはゲートバイアスもスイッ チング−トランジスタをまたぐ分圧器によって決定することができる。この形態 のスイッチング回路の通常の動作では、回路の線路に電流が流れない時には、ス イッチング−トランジスタおよび制御トランジスタの双方が共にオフ状態にある 。線路の電圧が上昇すると、スイッチング−トランジスタのベースまたはゲート 順方向バイアスが、オフ状態にある制御トランジスタの比較的高い抵抗値のため にスイッチング−トランジスタがターン・オンするまで上昇する。通常の動作で は、保護回路はスイッチング−トランジスタがエンハンスメントモードのＭＯＳ ＦＥＴの場合には約１．５■、また単一バイポーラ接合トランジスタの場合には 約０．６５Ｖの僅かの電圧降下で回路電流を通過させる。

線路が過電流を受けると、スイッチング−トランジスタ間の電圧降下が上昇し、 従って制御トランジスタのベースまたはゲート順方向バイアスが、この制御トラ ンジスタがターン・オンするまでに上昇し、これによりスイッヂングートランジ スタのベースとエミッタまたはゲートとソースが短絡され、このスイッチング− トランジスタはターン・オフする。このようなことが起ると、スイッチング−ト ランジスタ間の電圧が上昇して、制御トランジスタのベースまたはゲートの順方 向バイアスを高め、一時的な過電流が通過する場合でも保護回路をオフ状態にロ ックする。

この形態の保護回路の利点は、過電流の存在を決定するのに電気回路の線路に直 列抵抗を設ける必要がないため、スイッチング回路間の電圧降下がスイッチング −トランジスタのコレクターエミッタまたはドレイン−ソース電圧降下によるだ けであるという点にある。さらに、直列抵抗がないどうことは負荷電流伝送部品 の数が減り、装置の集積化が容易となる。

スイッチング回路をそのような構成とする場合には、制御トランジスタのベース とエミッタまたはゲートとソースを短絡させるのにパルス発生器を配置し、これ により制御トランジスタをターン・オフさせ、次いでスイッチング−トランジス タをターン・オンさせるのが好適である。これは制御トランジスタのベースとエ ミッタまたはゲートとソースを「短絡」させるためのリセット−トランジスタを 設けることにより達成され、このリセット−トランジスタのベースまたはゲート 電圧はパルス発生器から取出す。

過電流保護回路にはバイポーラトランジスタおよび／または電界効果トランジス タを用いることができる。バイポーラトランジスタを用いる場合には、トランジ スタをスイッチ・オンする時に必要とされるベース電流を減らすために、これら のバイポーラトランジスタをスイッチング−トランジスタとしてダーリントン構 成で用いるのが好適である。かかるベース電流はスイッチング−トランジスタの ベースとコレクタとの間に接続した抵抗を経て供給しなければならい。保護回路 が阻止状態に切り換わると、スイッチング−トランジスタのベース電流は制御ト ランジスタ（この際オンしている）を経てそれて、漏洩電流となる。しかし、保 護回路が阻止状態にある時は抵抗間の電圧降下が非常に高いため、漏洩電流はス イッチング−トランジスタのベース電流よりも大きい。スイッチング−トランジ スタとしてダーリントンペアまたはトリブレットを用いる場合には、実効直流電 流利得がかなり増大するため、非常に高い抵抗を用いることができる。

電界効果トランジスタを用いる場合には、ＭＯＳＦＥＴ、例えばエンハンスメン トモードのＭＯＳＦＥＴが好適である。過電流保護回路は集積回路として形成す ることができ、この場合にはスイッチング回路（およびパルス発生回路）に用い られる抵抗を例えばゲートとドレインをＮＭＯＳロジックとして接続したＭＯＳ ＦＥＴとすることができる。スイッチング−トランジスタのベースまたはゲート 用の分圧器を共に形成する制御トランジスタと抵抗はＣＭＯＳロジックの態様で 接続した相補形のｎチャネルとｐチャネル対のＦＥＴにより形成することもでき る。

過電流保護回路にはデプレションモードのトランジスタを用いて線路電流をスイ ッチすることもできる。

この場合にはスイッチング回路に例えば本願人の国際特許出願ＰＣＴ／ＧＢ９１ １０１２３７に記載しであるようなＪＰＥＴを用いることができる。あるいはま た、ソースを一緒に直列に接続した一対のデプレションモードのＭＯＳＦＥＴを 用いることもできる。その種のスイッチング回路については米国特許第４，５３ ３，９７０号およびシーメンス社から発光された１９９０年度版のＳＩＰＭＯ３ 小信号トランジスタについてのパンフレットの第３２頁に記載されている。

パルスを発生させるのには多数の任意の手段を用いることができる。特に、多数 のパルスを発生させたい場合には、例えば本発明の第２の態様に従って多数のパ ルスを本来既知の非安定発振器により発生させることができる。パルス間に十分 な時間遅れをとるためにはパルス発生器に分周器を設けて、その入力を比較的高 速の発振器、例えば水晶発振器または他の回路により供給するのが適切である。

実際上、ユーザはスイッチをリセットさせてみる分周器出力を選択することによ りパルス周波数を特定化することができる。パルス発振器または他の部品が電源 電圧を必要とする場合には、スイッチ間の電圧差から例えばツェナーダイオード によって適当に電圧調整した後に随意その電源電圧を取出すのが通常量も簡単で ある。

線路が、例えば整流ブリッジ内の回路を閉じることにより交流電力を伝送する場 合には、多少の保護回路を変更したり、またはこのような回路対を逆極性で並列 に用いたりする必要があり、各保護回路はダイオードと直列に接続して、２つの 回路が交流サイクルのそれぞれ異なる半部を通すようにする。

本発明による保護回路は個別の部品を用いて形成したり、または周知の技法を用 いてモノリシックに形成したりすることができる。保護回路は、信頼性が一層増 し、安価となり、しかもより一層小形化するようなデバイスとしてモノリシック に集積化して形成するのが好適である。前述したように分周器を用いればパルス 発生回路におけるコンデンサの値を分周値がない場合のコンデンサの値よりも著 しく小さくすることができ、これにより回路をモノリシック集積化するのにより 一層好適となる。

モジュールなＣＡＴＶシステムに用いる場合には、それを同軸ケーブルに接続す るように設計するのが普通である。しかし、本発明はローカルエリアネットワー ク、放送情報システム等の如き他のシステムにも適用でき、この場合には平衡フ ィーダの撚り線対の如き他の伝送線路を用いることができる。

本発明に従うモジュールを、添付図面を参照して実施例によって説明する。

第１図はモジュールの回路図である。

第２図はモジュールの一部切欠側面図である。

添付図面を参照するに、ＣＡＴＶシステムを過電流から保護するために、このシ ステムの線路に挿入するモジュールは、線路の導線の１つに接続する一対の端子 ２０および２１を有しており、これらの端子は線路の交流信号をその線路に通す ｌｎＦのコンデンサ２３を介して共に接続する。コンデンサ２３の両端間には一 対の１０ｔＬＨのインダクタ２４および２５を介して直流保護回路を接続し、こ の保護回路を線路の信号から分離させる。保護回路はインダクタ間に接続されて 、相補ダーリントンペアを形成する２つのトランジスタ２６および２７により駆 動されるパス−トランジスタ２２を具えている。トランジスタ２７のベースはパ ス−トランジスタ２２をまたぐ、２．２ＭΩの抵抗２８と制御トランジスタ２９ とから成る分圧器に接続し、制御トランジスタ２９のベースは同じくパス−トラ ンジスタをまたぐ抵抗３ｏと３１とがら成る分圧器内に接続する。制御トランジ スタ２９のベースとエミッタとの間の抵抗３１の両端間にはリセットＦＥＴ３２ を接続する。

リセット回路は４５４１プログラマブルタイマ４０およびカウンタ４１を具えて いる。タイマ４０は約２０秒毎に１つのパルスを発生するように接続し、このパ ルスをコンデンサ３３と抵抗３４とで形成したバイパスＲＣフィルタを介してリ セット−トランジスタ３２のゲートに供給する。前記パルスはカウンタ４１のク ロック入力端子にも供給し、カウンタの出力の１つ、この場合にはＱ５出力をタ イマ４０のマスターリセットビンに帰還させる。タイマ４０およびクロック４１ の双方は、バス−トランジスタ間に現われて、ツェナーダイオード３６によりＩ ＯＶにクリップされる電圧により付勢される。

使用に当り、回路信号はほとんど減衰することなくコンデンサ２３を経てモジュ ールを通過すると共に直流電源はトランジスタ２２を通過する。パス−トランジ スタ２２を導通状態に保つのに必要とされるベース電流はトランジスタ２６およ び２７により供給される。通常の動作状態では、トランジスタ２７のベースが抵 抗２８とオフ状態にある制御トランジスタ２９とにより形成される分圧器により 、このトランジスタ２７のコレクタ電圧に保持されるからトランジスタ２６およ び２７もオン状態にある。

例えば、同軸ケーブルの導線の短絡により過電流が流れると、パス−トランジス タ２２間の電圧は制御トランジスタ２９のベース−エミッタ電圧がこのトランジ スタ２９をターン・オンさせるのに十分な電圧値となるまで増大する。これによ り実際上トランジスタ２７のベース−エミッタ接合が短絡され、トランジスタ２ ２．２６および２７がターン・オフする。

パス−トランジスタ２２がターン・オフしてからは電源回路の全直流電圧降下が 保護回路の両端間に生じ、これによりタイマ４０およびカウンタ４１が付勢され る。

タイマ４０は抵抗４２および４３と、コンデンサ４４とによりプログラムされて 、約２０秒毎にパルスを発生し、これらのパルスをリセット−トランジスタ３２ のゲートに送る。リセット−トランジスタ３２はパルスを受取るたびにターン・ オンし、制御トランジスタ２９のベース−エミッタ接合を「短絡」し、これによ りこのトランジスタをターン・オフさせ、パス−トランジスタをターン・オンさ せる。不良状態が依然存在する場合には、コンデンサ３３が十分に充電されるや 否やパス−トランジスタが再びターン・オフする。

このプロセスはタイマ４０がパルスを発生する度毎に生ずる。しかし、各タイマ パルスをカウンタ４１のクロック入力端子に供給して、タイマが一旦８個のパル スを発生したら、カウンタの出力が高レベルとなり、タイマ４０が不作動状態と なるようにする。線路の過電流がこの段階までにクリヤされなかった場合には、 電力がスイッチ・オフされるまで保護回路が線路の直流電流を阻止し続ける。

モジュールを構成する回路部品の物理的なレイアウトを第２図に示しである。こ のモジュールはアルミニウムのハウジング５０を具えており、これはその両端に ＣＡＴＶシステムの線路を形成する一対の同軸ケーブル５３および５４に接続す るための接続ピース５１および５２を有している。同軸ケーブルの制御導線５５ はコンデンサ２３を介して一緒に接続すると共に、線路のインピーダンスに整合 するように設計した遮蔽体５７内に閉じ込める。ＰＣｂ上か、集積回路形態のい ずれかで取付ける上述した保護回路５８は遮蔽体５７の外側に位置させて、イン ダクタ２４および２５によりコンデンサ２３の両側の同軸ケーブルの制御導線５ ５に接続する。

国際調査報告 ＰＣＴ／ＧＢ　９２１０１７３９１１ｉＡε６４６７６

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．信号および電力共用伝送線路に関連するシステムを過電流から保護するため に該線路に挿入するモジュールであって： （ｉ）前記線路を形成するケーブル用の接続ポートを有し、かつ前記線路にイン ピーダンス整合され、前記ケーブルの導線の１つがコンデンサを介して共に接続 されるように成したハウジング；および（ｉｉ）前記線路上の信号から分離する ためにインダクタを介して前記コンデンサの両端間に接続され、過電流に応答し て導通状態から阻止状態に切り換わることができ、かつ阻止状態に切り換わった 後に、それ自体がリセットしたり、または１回以上導通状態へのリセットを試み ることができるソリッドステート過電流保護回路； を具えていることを特徴とするモジュール。
2. ２．前記保護回路がスイッチングートランジスタと、該スイッチングートランジ スタのベースまたはゲート電圧を決定する制御トランジスタを含むことを特徴と する請求の範囲第１項に記載のモジュール。
3. ３．前記スイッチングートランジスタには前記インダクタ以外に直列に接続され る抵抗性部品をなくして、前記保護回路の両端間の電圧降下が実質上前記スイッ チングートランジスタのコレクターエミッタまたはドレイン−ソース電圧による だけとなるようにしたことを特徴とする請求の範囲第２項に記載のモジュール。
4. ４．前記ベースまたはゲート電圧が、前記スイッチングートランジスタ間の電圧 降下により決定されることを特徴とする請求の範囲第２項または第３項に記載の モジュール。
5. ５．前記制御トランジスタのベースまたはゲートが前記スイッチングートランジ スタをまたぐ分圧器内に保持されることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の モジュール。
6. ６．前記保護回路をリセットさせたり、またはリセットさせてみるためにパルス が発生したときに前記制御トランジスタのペースとエミッタまたはゲートとソー スが短絡されるようにパルス発生器を配置したことを特徴とする請求の範囲第２ 項ないし第５項のいずれか一項に記載のモジュール。
7. ７．前記制御トランジスタのベースとエミッタまたはゲートとソースを短絡する リセットートランジスタを含み、該リセットートランジスタのベースまたはゲー ト電圧を前記パルス発生器から取出すことを特徴とする請求の範囲第６項に記載 のモジュール。
8. ８．前記スイッチングートランジスタおよび／または前記制御トランジスタはエ ンハンスメントモードのＭＯＳＦＥＴからなることを特徴とする請求の範囲第２ 項ないし第７項のいずれか一項に記載のモジュール。
9. ９．前記スイッチングートランジスタはダーリントン構成の複数のバイポーラ接 合トランジスタからなることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第７項のいず れか一項に記載のモジュール。
10. １０．前記パルス発生器は入力が非安定発振器により供給されるカウンタからな ることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第９項のいずれか一項に記載のモジ ュール。
11. １１．信号と、直流または低周波の交流電力との双方を伝送する線路を含み、か つ該線路内に挿入した装置によって過電流から保護される電気システムであって ：（ｉ）前記線路にインピーダンス整合されるハウジングであって、前記線路の 導線の１つに直列に接続されるコンデンサを入れるハウジング；および（ｉｉ） 前記線路上の信号から分離するためにインダクタを介して前記コンデンサの両端 に接続されるソリッドステート過電流保護回路であって、過電流に応答して導通 状態から阻止状態に切り換わることができ、かつ阻止状態に切り換わった後には 、前記保護回路そのものを導通状態にリセットさせたり、一回以上リセットを試 みたりすることができる過電流保護回路；を具えていることを特徴とする電気シ ステム。
12. １２．前記線路に沿ってとびとびに前記装置を複数個設けることを特徴とする請 求の範囲第１１項に記載の電気システム。
13. １３．ＣＡＴＶシステムとすることを特徴とする請求の範囲第１１項または第１ ２項に記載の電気システム。