KR100962340B1 - 통신 회선용 써지 보호 장치 - Google Patents

통신 회선용 써지 보호 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방전소자의 부성저항특성으로 인한 부작용이나 전극간 분포용량에 의한 부작용을 최소화할 수 있고, 초고속 데이터 통신에 적합한 통신 회선용 써지 보호 장치를 제공함에 목적이 있다.
본 발명에 따른 통신 회선용 써지 보호 장치는, 고압 입력 단자에 직렬연결된 제1 저항 및 제1 커패시터, 그리고 저압 입력 단자에 직렬연결된 제2 저항 및 제2 커패시터를 포함하는 입력측 필터; 상기 고압 입력 단자와 상기 저압 입력 단자에 인가되는 교류전압을 전파 정류하여 출력하는 정류부; 상기 정류부의 양단 출력과 병렬결합되는 직렬연결된 제3 및 제4 커패시터, 그리고, 상기 정류부의 양단 출력에 병렬결합되는 제4 및 제5 배리스터를 포함하는 접지부; 및 각 통신 회선은 직렬연결된 한 쌍의 다이오드 중앙점에 연결되고, 상기 한 쌍의 다이오드 복수개가 상기 정류부의 출력 양단에 병렬 결합되는 통신 회선 접속부를 포함하고, 상기 제4 및 제5 배리스터의 중앙점 그리고 상기 제3 및 제4 커패시터의 중앙점은 접지단자와 직접 연결될 수 있다.
써지, 보호, 통신, 회선, 초고속

Description

통신 회선용 써지 보호 장치{SURGE PROTECTION DEVICE FOR COMMUNICATION LINE}
본 발명은 통신회선용 써지 보호 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 초고속 데이터 장비를 연결하는 통신회선용 써지 보호 장치에 관한 것이다.
써지 보호 장치는 주로 교류전원 및 통신회선에 직렬 또는 병렬로 접속하여 써지에 해당하는 정상 전압보다 높은 이상전압 부분을 단락시켜 방전시키는 것으로 선간 또는 접지로 방전시켜 장비를 보호한다.
가스방전관(GDT:Gas Discharge Tube), 실리콘 제어 정류소자(SCR: Silicon Controlled Rectifier) 등의 방전소자는 부성저항특성을 가지는 바, 이에 따른 부작용으로는, 교류전원의 경우 제조단가를 줄이기 위하여 값싼 GDT와 저항, 퓨즈(Fuse) 또는 콘덴서를 직렬로 접속하여 일회용으로 사용하는데, 이는 과전류차단기(OCB: Over Current Breaker) 또는 누전차단기(ELB: Earth Leakage Circuit Breaker)의 트립 등을 유발한다. 또한, 통신라인에 주로 적용되는 GDT의 경우, 대전류에 대한 방전내력이 강하다는 장점은 있으나, 방전 개시 전압과 방전 종료 전 압 간의 전압차가 크며, 방전이 개시되면, 전극간 전압강하시간이 빠른 관계로 데이터 장비(DATA Circuit)와 결합시키기 위하여 결합콘덴서를 내장하는 경우 매우 큰 변위전류를 발생시킨다. 또한, 방전조건에 따라 방전관의 특성상 이장발진에 의한 써지 혹은 노이즈 전력을 발생시킨다.
또한, 방전 개시 전압과 방전 종료 전압의 방전 특성이 방전소자별로 균일하지 않기 때문에 선로와 대지간의 써지 방전이 선간의 써지로 전이되는 결과를 야기한다.
이러한 문제점을 보완하기 위하여 브리지 다이오드를 이용하여 정류하듯이 “+, -”로 정렬시킨 후 GDT로 방전시키는 회로도 사용되고 있으나 다이오드도 작으나마 전극간 용량이 존재하므로, 다수의 회선을 접속하는 데에는 누화의 부작용 및 신호전압을 포함하여 과다한 방전을 일으키는 문제점이 있다.
한편, 부성저항 특성이 없는 방전소자로 금속 산화물 배리스터(MOV: Metal Oxide Varistor) 및 이상 전압 억압기(TVS: Transient Voltage Suppressor)가 널리 적용되고 있으나 직렬저항값(Rs)이 크기 때문에 다량의 써지를 방전시킬 경우 클램핑 전압이 높아지고, 큰 규격의 방전소자를 적용할 때에 전극간 분포용량이 방전내량 규격에 비례하여 커지므로 고주파인 고속데이터통신에서의 손실이 문제점이 되고 있다.
이를 보완하기 위하여 도 2의 실용신안등록 제371347호에서는 신호세력이 다이오드를 통하여 흐르지 않도록 직류측에 외부전원을 미리 인가하는 방식을 사용하여 써지 및 신호손실에 대하여 우수한 특성을 갖도록 하였으나, 다수의 회선을 접 속함에 있어서, 고속 데이터가 누화되는 등 다음과 같은 문제점들이 노출되었다.
첫째, 각 라인(L1~Ln)에서 접지(G)로 흐르는 모든 전류는 다이오드 D3 또는 D4를 통하여 흐르게 되는데, 다이오드는 도 1의 다이오드 등가회로도에서 보이는 바와 같이, 등가회로적으로 직렬저항값(Serial Resistance, Rs)을 가진다. 즉, 다이오드 D3, D4의 Rs 및 반도체의 특성상 접지(G)와, 콘덴서(C) 양단간에 작으나마 전압이 형성되어 잡음 또는 누화의 원인을 제공한다.
둘째, 다이오드 D3, D4의 Rs의 양단 전압은 다이오드 D5~Dn의 커패시턴스(Parallel Capacitance, Cp)에 의하여 누화되는 것으로 Cp의 크기에 따라, 그리고, 높은 주파수일수록 누화가 심하게 발생한다.
셋째, 회선(L1~Ln)의 모든 접지간 써지 전류는 다이오드(D3, D4)를 통하여 흐르므로 다이오드의 크기가 대용량이어야 하므로 생산 원가상의 문제점도 있다.
본 발명은 방전소자의 부성저항특성으로 인한 부작용이나 전극간 분포용량에 의한 부작용을 최소화할 수 있고, 초고속 데이터 통신에 적합한 통신 회선용 써지 보호 장치를 제공함에 목적이 있다.
본 발명에 따른 통신 회선용 써지 보호 장치는, 고압 입력 단자에 직렬연결된 제1 저항 및 제1 커패시터, 그리고 저압 입력 단자에 직렬연결된 제2 저항 및 제2 커패시터를 포함하는 입력측 필터; 상기 고압 입력 단자와 상기 저압 입력 단자에 인가되는 교류전압을 전파 정류하여 출력하는 정류부; 상기 정류부의 양단 출력과 병렬결합되는 직렬연결된 제3 및 제4 커패시터, 그리고, 상기 정류부의 양단 출력에 병렬결합되는 제4 및 제5 배리스터를 포함하는 접지부; 및 각 통신 회선은 직렬연결된 한 쌍의 다이오드 중앙점에 연결되고, 상기 한 쌍의 다이오드 복수개가 상기 정류부의 출력 양단에 병렬 결합되는 통신 회선 접속부를 포함하고, 상기 제4 및 제5 배리스터의 중앙점 그리고 상기 제3 및 제4 커패시터의 중앙점은 접지단자와 직접 연결될 수 있다.
바람직하게는, 상기 고압 입력 단자와 저압 입력 단자 사이에 병렬결합되는 직렬연결된 제1 및 제2 배리스터를 더 포함하고, 상기 제1 및 제2 배리스터의 중앙점은 상기 접지단자와 직접 연결될 수 있다.
바람직하게는, 상기 통신 회선에 발생하는 신호전압의 크기가 상기 제3 및 제4 커패시터에 충전된 충전전압 이하이면, 상기 통신 회선 접속부의 다이오드를 통과하지 않으나, 상기 제3 및 제4 커패시터에 충전된 충전전압 이상이면 상기 제4 및 제5 배리스터를 통하여 상기 접지단자로 흡수될 수 있다.
본 발명의 통신 회선용 써지 보호 장치에 따르면, 방전소자의 부성저항특성으로 인한 부작용을 최소화할 수 있고, 전극간 분포용량에 의한 부작용을 최소화할 수 있으며, 초고속 데이터 통신에 적합한 써지 보호 장치를 제공할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 3은 본 발명에 따른 통신 회선용 써지 보호 장치이다.
본 발명에 따른 통신 회선용 써지 보호 장치는, 입력측 필터(310), 정류부(320), 접지부(330), 및 통신 회선 접속부(340)를 포함한다.
입력측 필터(310)는 고압단(H)과 저압단(N) 사이에 병렬연결된 제3 배리스터(V3), 제3 배리스터(V3)에 병렬결합되는 직렬연결된 제1 및 제2 배리스터(V1, V2), 고압단(H)에 직렬연결된 제1 저항(R1) 및 제1 커패시터(C1), 그리고 저압단(N)에 직렬연결된 제2 저항(R2) 및 제2 커패시터(C2)를 포함한다. 제3 배리스터(V3)는 교류전원(H, N) 간의 써지를 방전하고, 제1 및 제2 배리스터(V1, V2)는 교류전원(H, N)과 접지(G) 간의 써지를 방전한다. 여기서 접지(G)는 써지의 접지뿐만 아니라, 제3 및 제4 커패시터(C3, C4)를 충전하여, 접지(G)에 대하여 "+" 전압인 Vp 및 접지(G)에 대하여 "-" 전압인 Vn을 조성하기 위한 충전용 전원 공급단자로 사용된다. 한편, 제1 저항(R1) 및 제1 커패시터(C1)는 다이오드(D1, D2)를 통해 고압단(H)과 접지(G) 간의 교류전압을 이용하여 제3 및 제4 커패시터(C3, C4)를 충전하기 위한 교류전류의 공급을 제어하며, 제2 저항(R2) 및 제2 커패시터(C2)는 다이오드(D3, D4)를 통해 저압단(N)과 접지(G) 간의 교류전압을 이용하여 제3 및 제4 커패시터(C3, C4)를 충전하기 위한 교류전류의 공급을 제어한다. 이때, 제1 저항(R1) 및 제1 커패시터(C1), 제2 저항(R2) 및 제2 커패시터(C2)는 충전을 위한 최소의 전류, 즉 1mA 이하의 전류를 제어하며, 절연측정기에 측정되지 않도록 서로 직렬 접속된다.
이러한 구성을 통해, 입력측 필터(310)는 보호할 장비의 교류전원회로를 보호하고, 통신측 보호회로(330, 340)의 크램핑 전압 설정용 전원 공급을 제어한다.
정류부(320)는 고압단(H)과 저압단(N)에 인가되는 교류전압을 전파 정류하여 출력하는 브릿지 다이오드(D1~D4)를 포함하여, 통신측 보호회로(330, 340)의 크램핑 전압 설정용 전원을 정류한다. 브릿지 다이오드(D1~D4)는 제3 및 제4 커패시터(C3, C4)를 충전하여 Vp와 Vn을 조성하기 위한 배전압 정류용 다이오드이다.
접지부(330)는 정류부(320)의 양단 출력과 병렬결합되는 직렬연결된 제3 및 제4 커패시터(C3, C4)와, 정류부(320)의 양단 출력에 병렬결합되는 제4 및 제5 배리스터(V4, V5)를 포함한다. 제3 및 제4 커패시터(C3, C4)는 다이오드(D1~D4)에서 정류한 맥류전압을 평활화하고, 통신 회선 접속부(340)의 다이오드(D5~Dn)의 Cp를 통한 투설 전류를 흡수하며 접지하며, 제4 및 제5 배리스터(V4, V5)는 각각 제3 및 제4 커패시터(C3, C4) 충전 전압의 정전압 및 각 통신 회선(L1, L2, L3, L4, ...)의 써지 전압을 방전한다. 이때, 제4 및 제5 배리스터(V4, V5)는 적용할 크램핑 전압에 따른 규격 전압의 배리스터이며, 용도에 따라 TVS 및 제너다이오드 등으로도 대체 가능하다.
이러한 구성을 통해, 접지부(330)는 통신측 보호회로(330, 340)의 크램핑 전압 설정용 전압을 정전압화, 평활화하고, 누설 전류를 흡수하며 접지의 역할을 한다.
여기서, 제1 및 제2 배리스터(V1, V2)의 중앙점과 제4 및 제5 배리스터(V4, V5)의 중앙점 그리고 제3 및 제4 커패시터(C3, C4)의 중앙점은 접지측과 직접 연결된다.
통신 회선 접속부(340)는 각 통신 회선(L1, L2, L3, L4, ...)과 접지(G)간에 형성되는 전압을 접지시키기 위하여 각 통신 회선마다 직렬연결된 한 쌍의 다이오드가 정류부(320)의 양단 출력에 병렬 결합된다.
위와 같이 구성된 본 발명에 따른 통신 회선용 써지 보호 장치는 다음과 같이 동작한다.
고압단(H)에 직렬연결된 제1 저항(R1) 및 제1 커패시터(C1), 그리고 저압단(N)에 직렬연결된 제2 저항(R2) 및 제2 커패시터(C2)를 이용하여 제3 및 제4 커패시터(C3, C4)를 충전하며, 제3 및 제4 커패시터(C3, C4)의 충전전압은 제4 및 제5 배리스터(V4, V5)에 의하여 정전압으로 유지할 수 있다.
따라서, 통신 회선에 발생하는 신호전압의 크기가 제3 및 제4 커패시터(C3, C4)에 충전된 충전전압 이하이면, 통신 회선 접속부(340)의 다이오드(D5~Dn)를 통과하지 않으나, 제3 및 제4 커패시터(C3, C4)에 충전된 충전전압 이상이면 제4 및 제5 배리스터(V4, V5)를 통하여 접지로 흡수된다.
또한, 본 발명에 따른 입력측 필터(310)는 고압단(H)과 저압단(N) 사이에 병렬연결된 제3 배리스터(V3), 제3 배리스터(V3)에 병렬결합되는 직렬연결된 제1 및 제2 배리스터(V1, V2)를 포함하여 교류전원측에 발생하는 써지 등 이상전압을 흡수할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 통신 회선용 써지 보호 장치가 피뢰탄기와 결합된 회로도이다.
즉, 본 발명의 통신 회선용 써지 보호 장치를 기존의 피뢰탄기에 장착하는 것은, 도 4에 보이는 바와 같이, 피뢰탄기의 접지측을 제4 및 제5 배리스터(V4, V5)의 중앙점에, 피뢰탄기의 일측 통신 회선(L1)을 다이오드(D5, D6)의 중앙점에, 그리고, 피뢰탄기의 타측 통신 회선(L2)을 다이오드(D7, D8)의 중앙점에 각각 접속함으로써 가능하다.
한편, 수용 회선의 증설은, 예컨대, 다이오드 D9 ~ D12를 추가함으로써 가능하다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
도 1은 다이오드의 등가회로도,
도 2는 종래기술에 따른 써지 보호 장치,
도 3은 본 발명에 따른 통신 회선용 써지 보호 장치, 및
도 4는 본 발명에 따른 통신 회선용 써지 보호 장치가 피뢰탄기와 결합된 회로도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명 *
310: 입력측 필터 320: 정류부
330: 접지부 340: 통신 회선 접속부

Claims (3)

  1. 고압 입력 단자에 직렬연결된 제1 저항 및 제1 커패시터, 그리고 저압 입력 단자에 직렬연결된 제2 저항 및 제2 커패시터를 포함하는 입력측 필터;
    상기 고압 입력 단자와 상기 저압 입력 단자에 인가되는 교류전압을 전파 정류하여 출력하는 정류부;
    상기 정류부의 양단 출력과 병렬결합되는 직렬연결된 제3 및 제4 커패시터, 그리고, 상기 정류부의 양단 출력에 병렬결합되는 제4 및 제5 배리스터를 포함하는 접지부; 및
    각 통신 회선은 직렬연결된 한 쌍의 다이오드 중앙점에 연결되고, 상기 한 쌍의 다이오드 복수개가 상기 정류부의 출력 양단에 병렬 결합되는 통신 회선 접속부를 포함하고,
    상기 제4 및 제5 배리스터의 중앙점 그리고 상기 제3 및 제4 커패시터의 중앙점은 접지단자와 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 통신 회선용 써지 보호 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고압 입력 단자와 저압 입력 단자 사이에 병렬결합되는 직렬연결된 제1 및 제2 배리스터를 더 포함하고, 상기 제1 및 제2 배리스터의 중앙점은 상기 접지 단자와 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 통신 회선용 써지 보호 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 통신 회선에 발생하는 신호전압의 크기가 상기 제3 및 제4 커패시터에 충전된 충전전압 이하이면, 상기 통신 회선 접속부의 다이오드를 통과하지 않으나, 상기 제3 및 제4 커패시터에 충전된 충전전압 이상이면 상기 제4 및 제5 배리스터를 통하여 상기 접지단자로 흡수되는 것을 특징으로 하는 통신 회선용 써지 보호 장치.
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