KR100193631B1 - Transient protection circuit - Google Patents
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Abstract
본 발명은 낙뢰와 정전기와 같이 갑작스럽게 발생하는 직류 입력전압을 효과적으로 차단 또는 완화시키는 과도전압 보호회로에 관한 것이다.The present invention relates to a transient voltage protection circuit for effectively blocking or mitigating a suddenly generated DC input voltage such as lightning and static electricity.
상기 보호회로는 동축케이블, 상기 동축케이블에 캐소드단과 애노드단이 각각 병렬로 연결된 제1 및 제2다이오드, 상기 캐소드단이 상기 동축케이블에 연결된 제1다이오드의 애노드단에 연결되어 과도전압을 충전하기 위한 제1캐패시터, 상기 애노드단이 상기 동축케이블에 연결된 제2다이오드의 캐소드단의 출력단에 병렬 연결되어 과도전압을 충전하기 위한 제2캐패시터, 상기 제2다이오드 및 상기 제2캐패시터의 출력전압을 제공받아 설정된 정전압을 가전기기에 공급하는 전압정류IC를 포함하여 구성된다.The protection circuit is a coaxial cable, the first and second diodes in which a cathode end and an anode end are connected in parallel to the coaxial cable, respectively, the cathode end is connected to the anode end of the first diode connected to the coaxial cable to charge the transient voltage A first capacitor for supplying an output voltage of the second capacitor, the second diode and the second capacitor to charge a transient voltage by connecting the anode terminal in parallel to the output terminal of the cathode terminal of the second diode connected to the coaxial cable And a voltage rectifier IC for supplying the set constant voltage to the home appliance.
Description
제1도는 종래의 과도전압 보호 회로도.1 is a conventional transient voltage protection circuit diagram.
제2도는 본 발명에 따른 과도전압 보호 회로도.2 is a transient voltage protection circuit diagram according to the present invention.
제3도는 제2도의 일실시예에 따른 파형도.3 is a waveform diagram according to an embodiment of FIG.
제4도는 제2도의 일실시예를 설명하기 위한 참고도이다.FIG. 4 is a reference diagram for describing an embodiment of FIG. 2.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 동축케이블 20 : 정전압 정류IC10: coaxial cable 20: constant voltage rectifier IC
30 : 내부회로 D1, D2 : 다이오드30: internal circuit D1, D2: diode
C1-C2 : 캐패시터 R1 : 저항C1-C2: Capacitor R1: Resistor
본 발명은 과도전압 보호회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 낙뢰와 같은 우발적인 과도전압을 차단 또는 완화하여 전자제품의 내부회로를 안전하게 보호할 수 있는 과도전압 보호회로에 관한 것이다.The present invention relates to a transient voltage protection circuit, and more particularly, to a transient voltage protection circuit that can safely protect an internal circuit of an electronic product by blocking or mitigating an accidental transient voltage such as a lightning strike.
일반적으로 옥외에 설치되는 위성방송 수신용 LNB에는 낙뢰난 정전기로 인한 과도전압으로부터 내부전자회로를 보호하기 위한 장치가 구비되어있다.In general, the LNB for satellite broadcasting reception installed outdoors is provided with a device for protecting an internal electronic circuit from a transient voltage caused by lightning static electricity.
제1도는 종래의 과도전압 보호 회로도이다. 제1도를 참조하면 종래의 과도전압 보호 회로도는 동축케이블(1)의 출력단에 병렬로 과도전압 보호소자(2)가 연결되었고, 동축케이블(1)에 직렬로 연결된 정전압 발생기(3)가 연결되어 일정 레벨의 직류(대부분 9V)를 공급한다. 여기서 정전압 발생기는 정전압정류IC가 주로 쓰이고 있다.1 is a conventional transient voltage protection circuit diagram. Referring to FIG. 1, the conventional transient voltage protection circuit diagram includes a transient voltage protection device 2 connected in parallel to an output terminal of a coaxial cable 1 and a constant voltage generator 3 connected in series to the coaxial cable 1. To supply a constant level of direct current (mostly 9V). The constant voltage generator is mainly used as a constant voltage rectifier IC.
만약 낙뢰나 정전기 등에 의해 동축케이블(1)로부터 고전압이 유입되면 전압정류IC가 파괴되므로 전압정류IC 앞에 과도전압 보호소자를 배치하여 이 소자가 일정한 전력 이하의 과도전압을 차단시키게 된다. 이 소자는 두 개의 제너다이오드가 극성이 반대 방향으로 연결된 형태이다.If a high voltage flows from the coaxial cable 1 due to lightning or static electricity, the voltage rectifying IC is destroyed, so that the transient voltage protection device is placed in front of the voltage rectifying IC to block the transient voltage below a certain power. In this device, two zener diodes are connected in opposite directions.
그러나 종래의 회로는 과도 보호IC가 서로 반대 방향으로 연결된 제너다이오드의 항복 전압이상의 과도전압이 입력될 때 제너다이오드가 온되면서 전압정류IC 쪽으로 전달되는 과전류를 차단하게 된다. 그러나 반도체 기술상 제너다이오드가 감당할 수 있는 전력은 한계가 있으며 보통 1.5KV이상의 과도전압을 견디기 위해서는 반도체 IC의 크기가 매우 커져야 하므로 제조 비용이 많이 들고 실용성이 없게 된다. 일반적으로 제너다이오드의 최대 허용 전력을 늘리려면 크기가 커져야 한다. 본 발명은 이점에 착안하여 흔히 사용되는 몇 개의 정류다이오드와 전해커패시터의 조합으로 최소 2000볼트 이상의 과도전압을 효과적으로 차단할 수 있는 회로장치를 제시하고자 한다.However, in the conventional circuit, when a transient voltage greater than the breakdown voltage of the zener diodes in which the transient protection ICs are connected in opposite directions is input, the zener diode is turned on to cut off the overcurrent delivered to the voltage rectifier IC. However, the power that a zener diode can handle in semiconductor technology is limited, and in order to withstand transient voltages of more than 1.5KV, the size of a semiconductor IC must be very large, resulting in high manufacturing cost and practicality. In general, increasing the maximum allowable power of a zener diode requires increasing its size. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a circuit arrangement that can effectively block transient voltages of at least 2000 volts with a combination of several commonly used rectifier diodes and electrolytic capacitors.
본 발명은 이미 같은 개선점에 착안하여 일반적으로 널리 사용되는 정류다이오드, 전해커패시터 및 저항을 이용하여 최소 2000볼트 이상의 과도전압을 차단 또는 완화시킬 수 있는 과도전압 보호회로를 제공함을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the same improvement, and an object of the present invention is to provide a transient protection circuit capable of blocking or mitigating a transient voltage of at least 2000 volts or more using a rectifier diode, an electrolytic capacitor, and a resistor, which are generally widely used.
이상과 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 전원입력수단, 상기 전원입력수단에 캐소드단과 애노드단이 각각 병렬로 연결된 제1 및 제2다이오드, 상기 캐소드단이 상기 전원입력수단에 연결된 제1다이오드의 애노드단에 연결되어 과도전압을 충전하기 위한 제1커패시터, 상기 애노드단이 상기 전원입력수단에 연결된 제2다이오드의 캐소드단의 출력단에 병렬 연결되어 과도전압을 충전하기 위한 제2커패시터, 상기 제2다이오드 및 상기 제2커패시터의 출력 전압을 제공받아 설정된 정전압을 내부회로에 공급하는 전압정류 수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a power input means, a first diode and a second diode having a cathode terminal and an anode terminal connected to the power input means in parallel, and a cathode of the first diode connected to the power input means. A first capacitor connected to an anode terminal for charging a transient voltage, a second capacitor connected to an output terminal of a cathode terminal of a second diode connected to the power input means in parallel to charge the transient voltage, and the second capacitor And a voltage rectifying means for receiving the output voltage of the diode and the second capacitor and supplying a predetermined constant voltage to the internal circuit.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성과 동작 및 그 효과를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the configuration, operation and effects of the present invention.
제2도는 본 발명에 따른 과도전압 보호 회로도이다.2 is a transient voltage protection circuit diagram according to the present invention.
제2도를 참조하면, 본 발명에 따른 과도전압 보호회로는 전원을 입력시키는 동축케이블(10)에 캐소드단과 애노드단이 각각 병렬로 연결된 두 개의 다이오드(D1, D2)와, 캐소드단이 동축케이블에 연결된 다이오드(D1)의 애노드단에 연결된 커패시터(C1)와, 커패시터(C1)에 병렬로 연결된 저항(R1)과, 애노드단이 동축케이블(10)에 연결된 다이오드(D2)의 캐소드단의 출력단에 병렬 연결된 커패시터(C2), 다이오드(D2) 및 커패시터(C2)에 공통으로 연결된 정전압정류IC(20)으로부터 설정된 레벨의 직류를 공급받는 내부 회로도이다.Referring to FIG. 2, the transient voltage protection circuit according to the present invention includes two diodes D1 and D2 connected in parallel to the coaxial cable 10 for inputting power, and the cathode ends of the coaxial cable 10. A capacitor C1 connected to the anode terminal of the diode D1 connected to the resistor, a resistor R1 connected in parallel to the capacitor C1, and an output terminal of the cathode terminal of the diode D2 connected to the coaxial cable 10 with the anode terminal connected to the coaxial cable 10. An internal circuit diagram of receiving a set level of direct current from a constant voltage rectifier IC 20 commonly connected to a capacitor C2, a diode D2, and a capacitor C2 connected in parallel.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 과도전압 보호회로가 과도전압이 인가되지 않는 보통 상태에서의 동작은 다음과 같다.Operation of the transient voltage protection circuit of the present invention having the configuration as described above in the normal state in which the transient voltage is not applied is as follows.
동축케이블(10)로부터 직류전력이 공급되는데 대개 +12-+18V의 전압이 공급된다. 이 전압은 + 극성이므로 다이오드(D1)는 항상 오프 상태가 되어 커패시터(C1)와 저항(R)은 아무런 영향을 미치지 않는 반면, 다이오드(D2)는 온상태가 되어 정전압정류IC(20)의 입력단자 B에 A로부터 공급되는 직류전원을 전달하게 된다. 정전압정류IC(20)는 이 공급전압을 받아서 일정한 레벨의 전압으로 출력하여 내부회로(30)에 공급하는데, 대개 7-9V 사이의 전압값을 갖는다.(예를들어 8V 출력용 IC를 쓰면 항상 8V가 출력된다.)DC power is supplied from the coaxial cable 10, usually a voltage of + 12- + 18V. Since this voltage is a positive polarity, diode D1 is always off, so that capacitor C1 and resistor R have no effect, while diode D2 is on and the input of constant voltage rectifying IC 20 is turned on. The DC power supplied from A is transferred to terminal B. The constant voltage rectifier IC 20 receives this supply voltage and outputs the voltage at a constant level to the internal circuit 30, and usually has a voltage value between 7 and 9 V. (For example, when using an 8 V output IC, it is always 8 V.) Is output.)
A에서 B를 통하여 C로 입력되는 전류는 대개 80-150μA가 일반적이다. 반면, 과도전압이 인가되는 경우는 두 경우가 있다. 먼저 양의 극성을 갖는 과도전압에 동축케이블(10)로부터 A단자에 들어오면 다이오드(D1)는 오프되고, 다이오드(D2)는 온이 되는데, 정전압정류IC(20)의 입력단자(B)에 연결된 전해커패시터(C2) (보통 470μF정도가 적당함)의 효과에 의해 B에서의 전압은 제3도와 같이 시간에 따라 서서히 증가하게 된다.Current from A to B through C is usually 80-150μA. On the other hand, there are two cases where transient voltage is applied. First, when a coaxial cable 10 enters the A terminal from a transient voltage having a positive polarity, the diode D1 is turned off and the diode D2 is turned on. The input terminal B of the constant voltage rectifying IC 20 is turned on. By the effect of the connected electrolytic capacitor C2 (usually about 470 μF is appropriate), the voltage at B gradually increases with time as shown in FIG.
즉, 제3도(가)에 나타난 바와 같이 과도입력전압이 2KV 또는 그 이상의 피크치에 짧은 시간내에 순간적으로 상승하더라도 정전압정류IC(20)의 입력단자(B)에서의 전압은 커패시터(C2)의 충전 시간 때문에 제3도 (나)의 곡선과 같이 완만하게 상승하여 VICmax정도의 비교적 낮은 전압만 전달된다. 이때 저전압 정류IC(20)의 구동전류와 VICmax의 곱한값, 즉 전력이 정전압정류IC(20) 최대 전력정격 내에 있으면 정전압정류IC(20)는 파괴되지 않고 정상동작 상태를 유지하게 된다. VICmax를 결정하는 주요소는 제3도(나) 곡선에서, 전압 상승 속도, 즉 충전 시간이므로 커패시터(C2)의 용량값과 직접관계가 있다.That is, as shown in FIG. 3 (a), even if the transient input voltage rises momentarily to a peak value of 2 KV or more within a short time, the voltage at the input terminal B of the constant voltage rectifying IC 20 is equal to that of the capacitor C2. because the charging time even if a third gradually rises as shown in the curve in (B) is transmitted to only the relatively low voltage of about V ICmax. At this time, if the product of the driving current of the low voltage rectifying IC 20 and V ICmax , that is, the power is within the maximum power rating of the constant voltage rectifying IC 20, the constant voltage rectifying IC 20 is not destroyed and maintains a normal operating state. The main factor determining V ICmax is directly related to the capacitance value of the capacitor C2 since it is the rate of voltage rise, that is, the charging time in the curve of FIG.
제4도에서 t=0에서 스위치가 온되었다면 커패시터(C)에 걸리는 전압은 VC=V[1-exp(-t/RC)]가 되므로, (t는 시간) 소스저항(Rs)과 커패시터(C)의 용량값이 전압상승의 기울기를 좌우하는 요소임을 알 수 있다.In FIG. 4, if t = 0 is switched on, the voltage across capacitor C becomes V C = V [1-exp (-t / RC)], where (t is the time) source resistance (Rs) and capacitor It can be seen that the capacitance value in (C) is a factor influencing the slope of the voltage rise.
본 발명에서 소스저항(Rs)은 B 단자에서 동축케이블(10)과 정전압정류IC(20) 쪽으로 바라 보았을 때의 등가 저항으로 볼 수 있고 커패시터(C)는 커패시터(C2)에 해당된다. 저항(R)은 대개 수십 오옴(ohm)정도이며 이 경우 커패시터(C2)는 470μF 정도의 용량값을 쓰면 160μsec, 1.5KV 피크값을 갖는 통신기기 등에 적용되는 과도전압 전압조건을 충분히 만족시킴을 실험을 통하여 입증되었다.In the present invention, the source resistor Rs may be viewed as an equivalent resistance when viewed from the B terminal toward the coaxial cable 10 and the constant voltage rectifying IC 20, and the capacitor C corresponds to the capacitor C2. The resistance (R) is usually about tens of ohms, and in this case, the capacitor (C2) satisfies the transient voltage condition applied to a communication device having a 160 μsec, 1.5KV peak value using a capacitance value of about 470 μF. Proven through
B점에서의 전압이 VICmax에 도달하고 나면 커패시터(C2)에 충전된 과도전압은 서서히 방전되어 떨어진다.After the voltage at point B reaches V ICmax , the transient voltage charged in the capacitor C2 gradually discharges and falls.
또한, 옴의 극성을 갖는 과도전압이 입력되면 다이오드(D1)가 온되고 다이오드(D2)는 오프되어, 과도전압은 커패시터(C1)에 충전된다.In addition, when a transient voltage having an ohmic polarity is input, the diode D1 is turned on and the diode D2 is turned off, so that the transient voltage is charged in the capacitor C1.
즉, 과도전압은 커패시터(C1)에 충전되고 정전압정류IC(20)와 내부회로(30)에는 전혀 전달이 안되므로 자동적으로 정전압정류IC(20)와 내부회로(30)가 보호되고 입력 과도전압이 피크에 도달하고 난 뒤에는 커패시터(C1)에서 병렬 저항(R1) 쪽으로 다시 방전되게 된다.That is, since the transient voltage is charged in the capacitor C1 and is not transmitted to the constant voltage rectifying IC 20 and the internal circuit 30 at all, the constant voltage rectifying IC 20 and the internal circuit 30 are automatically protected and the input transient voltage is increased. After reaching the peak, the capacitor C1 discharges again toward the parallel resistor R1.
이 경우에도 커패시터(C1)에 걸리는 최대 전압은 커패시터(C1)의 용량값을 적절히 조절함으로써 조절할 수 있는데 양(+)의 과도전압 때와 같이 커패시터(C1)의 용량값이 클수록 커패시터(C1)에 걸리는 전압의 상승속도가 지연되므로 최대 전압값이 작아진다. 이 최대전압이 전해커패시터(C1)의 최대 정격전압(일반적으로 20-30V 정도이다) 보다 낮은 값을 갖도록 커패시터(C1) 값을 설정한다.Even in this case, the maximum voltage applied to the capacitor C1 can be adjusted by appropriately adjusting the capacitance value of the capacitor C1. The larger the capacitance value of the capacitor C1, as in the case of a positive transient voltage, the more the capacitor C1 is applied to the capacitor C1. As the rising speed of the applied voltage is delayed, the maximum voltage value becomes small. The value of the capacitor C1 is set so that the maximum voltage is lower than the maximum rated voltage of the electrolytic capacitor C1 (typically about 20-30V).
이상과 같은 본 발명에 따르면, 낙뢰나 정전기 발생기 갑작스러운 직류입력 전압의 증가에 의한 내부전자회로의 파괴를 근본적으로 방지할 수 있고, 종래의 보호회로에서 차단했던 과도전압보다 훨씬 더 높은 전압(2KV 이상)도 차단할 수 있어 본 발명이 적용되는 제품의 신뢰성과 안전성이 향상될 뿐 아니라, 낮은 가격으로 구현할 수 있는 장점을 갖는다.According to the present invention as described above, it is possible to fundamentally prevent the destruction of the internal electronic circuit due to a sudden increase in the DC input voltage of the lightning strike or static electricity generator, a voltage much higher than the transient voltage cut off in the conventional protection circuit (2KV The above) can also be blocked, so that the reliability and safety of the product to which the present invention is applied can be improved, and the low price can be realized.
Claims (2)
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