JPS5820124B2 - サ−ジ吸収器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電話通信回路等高周波信号を取扱ったり、また
信号線間あるいは信号線−大地間への過大な静電容量の
挿入を嫌う回路へ適用されるサージ吸収器に係るもので
、従来のサージ吸収能力を維持すると同時に低静電容量
のサージ吸収器を提供するものである。

本来、金属酸化物を主成分としたバリスタ、例えば酸化
亜鉛バリスタ等はきわめて優れた電圧依存性非直線指数
をもつこと、並びにサージ吸収能力が大きいこと等から
、異常電圧の吸収の目的で現在幅広く用いられている。

その電圧−電流特性を示したものが第１図である。

１はバリスタの電圧−電流特性を示す曲線、２および２
′は急に電流が流れ始める電圧点で、通常バリスタ電圧
と呼ばれている。

第１図からも解るようにバリスタ電圧を回路電圧よりも
高く設定すれば通常の状態では漏れ電流はほとんどなく
、バリスタは絶縁物として動作する。

そして、雷等によって生じたサージ電圧が印加されれば
バリスタはきわめて低い抵抗値を示し、サージ電流を流
してサージ電圧を吸収するのである。

第２図は円板上の従来バリスタの断面を示したもので、
３はバリスタ本体、４および４′はバリスタ本体３の上
に焼き付けられた電極、５および５′は電気端子で、半
田付は部６．’６’ を介して電極４，４／にそれぞれ
接続されている。

通常、前記バリスタの比誘電率ε８は比較的高く、見掛
上の６８は２０００にも達する。

そのため端子５．５１間の静電容量は一般に大きく、そ
の値は素子厚みｔに反比例し、電極有効面積Ｓに正比例
する。

すなわち、静電容量Ｃはで示される。

さて、サージ吸収の目的で信号線等に用いられるバリス
タは、第３図および第４図に示すように線−大地間並び
に線間にそれぞれ挿入されて用いられるが、バリスタの
挿入によって線−天地間静電容量あるいは線間静電容量
が増加することによって信号線の信号成分が減衰された
り、誘導を受けやすくなったりするだめ、特に電話信号
線等においては静電容量のより小さなサー僚収器が望ま
れていた。

なお、第３図および第４図において７．７′は信号線、
８は信号制御機、９および９／は線−大地間に適用され
たバリスタ、１０は線間に適用されたバリスタである。

さて、これまでバリスタのサージ反収特性を維持しなが
ら、静電容量の小さなバリスタあるいはサージ吸収器が
検討されてきたが、十分な解決はなされていない。

その理由はつぎに述べる通りである。

ａ）静電容量を小さくするだめには第２図の厚みｔを長
くすればよいが、バリスタ電圧はｔに比例するため、ｔ
が長くなればバリスタ電圧が高くなるとともに制限電圧
も高くなり、サージ保護特性が低下する問題がある。

ｂ）静電容量を小さくするためには第２図の面積Ｓを小
さくすればよいが、サージ耐量はＳに比例するため、Ｓ
が小さくなればサージ耐量も低下し、大きなサージ電圧
が吸収できなくなる問題がある。

本発明は以上の問題を解決し、従来のサージ吸収能力並
びに保護特性を維持し、かつ低静電容量をもったサージ
吸収器を提供しようとするものである。

以下、本発明の一実施例について第５図とともに説明す
る。

第５図で１１は例えば酸化亜鉛を主成分としだ金屑酸化
物・バリスタ本体、１２はこのバリスタ本体１１の一方
の面に設けられた電極、１３はこの電極１２に半田付は
部１４により接続された一方の電気端子である。

１５および１６はバリスタ本体１１の他方の面に設けら
れた電極で第２図に示す従来の電極４′を２分割したも
のであり、通常電極１６は電極１５よりも面積が小さい
。

ここで、電極゛１６と電極１５の面積を別段同−として
もよい。

１７は他方の電気端子１８と電極１５との間に設けられ
たギャップ、１９は電極１６と端子１８を電気的に接続
している補助リード線、２０はこのリード線１９と電極
１６とを接続する半田付は部である。

この第５図のサージ吸収器の等価回路を第６図に示して
おり、２１は電極１２〜電極１６間の等価バリスタ、２
２は同様に電極１２〜電極１５間の等価バリスタである
。

先にも述べたように、通常の電圧においてバリスタは絶
縁物すなわちセラミックコンデンサとして動作するため
、バリスタ電圧以下の領域ではバリスタをコンデンサと
考えればよい。

したがって第５図のサー４収器の静電容量的等価回路は
第７図に示すようになる。

Ｃ１は電極１２〜電極１６間、Ｃ２は電極１２〜電極１
５間でそれぞれ形成された静電容量であり（第５図では
Ｃ２〉ｃ１χＣｇはギャップ１７のもつ静電容量である
。

したかって、第７図の全静電容量Ｃは次式で示される。

ここで、Ｃ２〉Ｃｇ（Ｃｇは通常数ｐＦ以下）のため、 Ｃ″−１Ｃ１＋Ｃｇ となり、さらにＣ１＞Ｃｇであるため、 Ｌ−ｉＣｌ となる。

ここで、第２図のバリスタの静電容量をｃｏとすると、
Ｃ１＜ ＣｏＴｈるためＣ〈Ｃｏが成立し、電極１６の
面積のとり方によって大幅に静電容量を低下させること
が可能である。

第５図のサージ吸収器により通常の回路電圧における静
電容量の低下はこれで可能になったわけであるが、果し
てサージ吸収能力が従来通り維持できているかどうかを
つぎに説明する。

このサージ吸収能力を論議する場合は、サージ電圧が第
５図の端子１８と端子１３間に印加された時の状態を想
定すれば明らかとなる。

第８図は第６図の等価回路におけるバリスタの電圧−電
流特性を示し、２３はバリスタ２１の電圧−電流特性、
２４はバリスタ２１とバリスタ２２が並列に接続された
時の合成バリスタの電圧−電流特性であり、第２図の従
来のバリスタの特性と同じである。

今、端子１８〜端子１３間に比較的小さなサージ電圧が
印加された場合、サージ電流は第５図の１１のように流
れ、バリスタ２１のみ動作しサージ電圧を制限する。

この時、バリスタ２２が動作しないのはギャップ１７が
放電しないためである。

しかし、バリスタ２１の制限電圧がかなり高くなれば、
すなわち大きなサージ電流がバリスタ２１に流れ込めば
ギャップ１７が放電を開始し、第５図のサージ電流■２
も流れ始めバリスタ２１と２２が並列に入った形でサー
ジを吸収するのである。

すなわち、本発明品は第８図の矢印の形の電圧−電流特
性をもつことになり、従来のバリスタのサージ耐量を維
持していることは明らかである。

なお、第８図の２０はギャップ１７の放電により特性２
３から特性２４に切換わる点で、通常バリスタ２１のサ
ージ耐量以下の電流値で動作するようにギャップ１７の
放電開始電圧を設定しなければならない。

ここで、第５図における素子厚みｔを部分的に変えるこ
とによって、すなわち電極１２〜電極１５間の厚みを電
極１２〜電極１６間のそれよりも薄くすることにより、
第６図のバリスタ２２のバリスタ電圧をバリスタ２１の
それよりも低くすることも可能で、この場合はより優れ
た制限電圧効果、すなわち良好な保護特性を得ることが
できる。

捷だ、上記の実施例においては電圧によって開閉するス
イッチング素子としてギャップを用いたが、これは半導
体のスイッチング素子、例えば双極性サイリスタ等を用
いても同様な効果を得ることが可能である。

以上のように本発明のサージ吸収器は構成されているも
のであり、定常電圧時の静電容量を大幅に低減させ、か
つ従来のサージ耐量特性を維持することが可能で、特に
電話信号線への適用に有効なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は金属酸化物バリスタの電圧−電流特性を示す図
、第２図は従来例におけるバリスタの断面図、第３図お
よび第４図は同バリスタのそれぞれ回路への適用を示す
結線図、第５図は本発明に係るサージ吸収器の一実施例
を示−ｍ面図、第６図は同第５図の等価回路図、第７図
は同第５図の静電容量的等価回路図、第８図は同第６図
の電圧−電流特性を示す図である。 １１・・・・・・金属酸化物バリスタ本体、１２・・・
・・・電極Ａ、１３・・・・・・一方の電気端子、１５
・・・・・・電極Ｃ１１６・・・・・・電極Ｂ１１７・
・・・・・スイッチング素子（ギャップ）、１８・・・
・・・他方の電気端子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電圧依存性非直線指数の優れた金属酸化物バリスタ
   本体の一方の面に一方の電気端子に接続される電極Ａを
   設け、上記バリスタ本体の他方の面に２分割された電極
   Ｂ、Ｃを設け、この電極Ｂを他方の電気端子に接続し、
   かつ上記電極Ｂ、Ｃ間にギャップで代表されるスイッチ
   ング素子を接続したことを特徴とするサージ吸収器。 ２ 電極Ａ、Ｃ間のバリスタ電圧を電極Ａ、Ｂ間のバリ
   スタ電圧よりも低く設定してなる特許請求の範囲第１項
   記載のサージ吸収器。