KR20070098150A - 데이터/신호용 서지보호기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 통신라인에 유입되는 과전압(Transient)과 지속 과전압(Surge)등으로 총칭 서지전압이 유입되었을 때 즉, 과도전압을 차단하여 전기, 전자, 고속화되어 있는 다양한 기기를 보호하는 서지보호에 관한 것이다.

이 서지보호회로는 보호 장비의 사용 전압보다 높고, 빠른 과도전압이 유입되면 적정전압 이하로 방전하는 과전압스위칭부와, 이를 통해서 유입되는 빠른 펄스의 과전압을 완만한 펄스로 지연하는 과전압제한회로부와; 과전압제한회로부를 통해서 유입되는 과도전압을 nano~pico-sec 빠른 펄스를 안전한 레벨로 차단하는 과전압차단회로부와; 안전한 레벨로 차단된 과도전압은 전압검출부; 통해 정상 레벨로 출력되고, 접지로 유입되는 역과도전압을 적정전압이하로 차단하는 역전압스위칭부로 구성된다,

따라서 본 발명은 nano-sec보다 짧은 과도전압을 다단계회로를 통해 적정전압 이하로 차단하고, 정전용량(Capacitance) 값이 낮은 소자를 사용 신호감쇄효과를 효과적으로 적용하며, 전압검출을 통해 신호의 차단, 적정전압 이상 출력 시 LED표시하고, 접지를 통해서 역과도전압을 차단하는 역전압스위칭부로 구성된다.

과도전압, 데이터/신호, TVS, 저항, 정전용량, 전압검출부

Description

데이터/신호용 서지보호기{DATA/SIGNAL SURGE PROTECTOR}

도 1은 종래의 데이터/신호용 보호회로 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 데이터/신호용 보호회로 블록도,

도 3은 본 발명에 따른 데이터/신호용 보호회로 구성도,

※ 도면의 주요한 부분에 대한 부호의 설명

I1, I2 : 데이터/신호용 보호기의 입력

O1, O2 : 데이터/신호용 보호기의 출력

PTC1, PTC2 : 히터코일, PTC저항

U1, U2, U3 : 가스 서지 어레스터(gas surge arrestor)

R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9 : 저항

MOV1, MOV2 : 산화금속 바리스터(Metal Oxide Varistor)

P1, P2, P3, P4 : TVS(Transient Voltage Suppressor), TrnasZorb

BR1 : 브릿지 다이오드

LD1 : LED 다이오드

Q1, Q2 : 트랜지스터(TR)

Frame GND, Singnal GND : 메인접지, 통신접지

본 발명은 낙뢰 혹은 전력계통 서지전압이 통신라인을 통해 유입되었을 때 민감한 전자 통신기기를 과도전압으로 부터 차단하여, 통신기기를 보호하는 서지보호기에 관한 것이다.

통상, 서지보호기라 함은 자연적인 낙뢰현상이나, 전력 계통, 또는 대형 산업설비등을 통해서 발생되는 이상 과도전압이 전원과 통신, 신호, 선로를 통하여 장비 측으로 유입되어 장비를 손상 시키거나 오동작을 유발하며, 장시간에 걸친 장비의 스트레스로 인하여 수명을 단축시키며, 수시로 내부 소자의 손상, 기능 저하 등을 초래하는 현상을 방지하는 보호기를 말한다.

도 1은 종래의 데이터/신호용 보호회로 구성도이다.

종래의 보호회로(도1)는 각 입력라인에 과전압흡수용 어레스터(U1, U2)와 히터코일(PTC1, PTC2), 과전압차단용 산화금속 바리스터(MOV1, MOV2)로 구성되어 있다.

이와 같이 구성된 종래의 보호기는 통신라인에 과도전압이 유입되는 경우 과전압흡수용 어레스터(U1, U2)를 통해 과도전압을 흡수하여 접지에 방전하고, 방전된 과도전압은 지연용량을 가진 히터코일(PTC1, PTC2), 혹은 저항용량을 가진 소자를 통해 억제되고, 이를 통한 과도전압은 과전압차단용 산화금속 바리스터(MOV)에 차단되어 보호할 수 있다.

그러나 종래의 기술은 높은 과도전압에 적합한 보호기로 이런 과도전압은 차단은 가능하지만, 낮은 과도전압은 완전히 차단할 수 없고, 접지를 통해 유입되는 역과도전압에 대한 보호회로가 없으며, 정전용량(Capacitance) 높은 소자를 사용하여 회선부하(Line-Load) 영향으로 전자, 고속화 되는 다양한 기기들에 적용이 힘들며, 보호기와 통신라인을 상태를 점검할 수 없는 다양한 문제점이 있다.

그러므로 본 발명은 종래의 서지보호기의 취약성을 보안 가능하게 통신선로에 유입되는 높은 과도전압의 차단과 이 후에 통과되는 낮은 과도전압을 완벽하게 차단하고, 전기, 전자, 고속화되는 다양한 기기에 적용 가능한 호환성과, 보호기와 통신선로 상태 점검이 가능한 서지 보호기를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 다단계의 보호회로를 구성 되어 있으며, 통신선로에 사용되는 통신 전압보다 높은 과도전압이 유입되면 접지로 누설하는 과도전압스위칭부와; 매우 높은 과도전압을 방전하는 가스 서지 어레스터로 이루어져 있으며, 방전된 과도전압은 빠른 펄스의 과도전압을 완만한 펄스로 제한시키는 제1,2 과도전압제한부와; 저항용량을 가진 저항으로 구성, 과도전압제한부를 통한 제한된 완만한 펄스의 과도전압을 낮은 과도전압으로 차단하는 제1 과도전압차단부와; nano-sec 반응속도를 가진 TVS소자로 구성, 과도전압차단부를 통과한 과도전압은 통신 한계 값 까지 차단하는 제2 과도전압차단부와; pico-sec 반응속도를 가진 TVS소자로 구성, 차단부를 통한 안전한 범위의 값을 가진 전압은 검출하는 전압검출부와; 접지를 통해서 유입되는 역과도전압은 방전소자를 통해서 방전하는 역전압스위칭로; 대지 전위차를 해소하는 어레스터로 구성, 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명의 기술은 첨부된 도면을 참조하여 상세히 기술하기로 한다.

도면 2은 본 발명에 따른 데이터/신호 보호회로 블록도이고, 도면 3은 도 2상세 회로도이다.

이 회로의 과도전압기능을 설명하면, 상술한 과전압스위칭부(10)는 가스 서지 어레스터(U1, U2)를 사용하여 라이트닝성 90V~400V이상의 높은 과도전압을 적정 전압까지 방전하며, 비교적 빠른 micro-sec 범위 내에 차단 특성과 수pf정도의 낮은 정전용량(Capacitance)으로 보통 100MHz이하에서는 낮은 삽입손실을 가지고 있다.

그리고, 어레스터(U1, U2)는 과도전압 방전 시에 순간적인 에너지를 흡수하기 때문에 20~40V의 전압강하 현상이 발생을 나타낸다. 어레스터로 구성된 스위칭 소자는 방전 시에 라이트닝성 arc에 의해 Bust형태를 가진 빠른 펄스가 형성된다. 때문에 직렬 연결된 저항과 TVS소자를 이용하여 통신선로의 동작 전압이하로 떨어지지 않도록 사용한다.

스위칭부를 통해 방전된 과도전압은 제1,2 과전압제한부(20, 21)로 유입되고, micro-sec 이하의 빠른 펄스 특성의 과도전압은 직렬로 연결된 저항(R1~R4)을 통해서 순차적으로 완만한 펄스로 지연된다.

여기서, 저항(R1~R4)은 방전시 전압강하 현상을 제한하는 특징과, 피크전압을 줄이고 과도파형의 기울기를 감소, nano-sec정도로 펄스를 지연시켜 라이트닝성 과도전압을 방전 가능한 상태로 유지를 시켜준다.

순차적으로 지연된 과도전압은 병렬로 연결된 TVS(P1~P4)를 통해서 제1 과전압차단부(20)는 nano-sec의 과전압을 차단하고, 제2 과전압차단부(21)는 Pico-sec의 빠른 펄스의 과전압을 차단하다.

이때, 사용된 TVS(P1~P4)는 통상 TransZorb소자를 사용하고, 과도현상 억제를 위해 특별히 설계된 실리콘 소자로 통합적인 히터 싱크를 가지는 넒은 영역의 상하(P-N)를 포함하고, 짧은 주기, 높은 전압 펄스(1m-sec에 1,500Watt. 100nano-sec에 100,000,Watt)억제와 nano~pico-sec의 반응속도, 낮은 누설전류(Leakage Current), 낮은 전압(6V~200V)까지 차단하는 특징을 가지고 있으며, 정전용량(Capacitance)은 수pF의 매우 낮은 값을 가지고 있어, 매우 높은 주파수를 사용하는 초고속 전송에 유리하다. 정전용량(Capacitance) 값에 영향을 받는 회선부화(Line Load) 현상은 Data Bit, 전송상태을 방해하며, 전송거리의 제약하는 원인이다. 하지만 다른 소자에 비해 최대 흡수 용량이 부족하고, 단일방향 소자이므로 +, -로 하전 되는 과도전압을 차단하기 위해 보통 2개의 소자를 사용해야 된다. 이러한 문제점은 현제 양방향성 소자와 최대 흡수 능력을 개선한 TVS소자를 다단계로 사용하여 이러한 문제점을 완전히 해결하였고, 직렬로 연결된 저항에 따라 실질적인 과도전압을 차단하는 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있다.

안정한계 차단 값까지 차단된 과도전압은 전원검출회호(40)를 통해서 출력된다.

여기서, 전원검출회로(40)에 입력된 전원은 다이오드(BR1)를 통해서 얻어진 전원이 기준치 이상일 경우 저항(R5)을 통하여 TR(Q1)의 베이스에 공급되어 Q1이 동작, 바이어스 저항(R6)의 전위를 TR(Q2)의 동작전압 아래로 내려 Q2를 단선시킴으로서 LED소자가 소등되고, 얻어진 값이 기준치 이하일 경우 저항(R6, R8)을 통해 TR(Q2)의 베이스에 공급 TR(Q2)가 동작되어 저항(R7)을 통해 전원이 공급되고 LED소자가 점등된다. 즉, 통신선로의 LED점등시 정상적인 작동을 LED소등시 단선, 소자의 파괴등 이상 발생을 표시하여, 정확한 이상 상태를 지시 되도록 설계되었다.

마지막으로 역전압스위칭회로의 어레스터(U3)는 역전압, 즉 직격뢰 혹은 주위 환경에 의해 대지임피던스가 상승하여 메인접지(FG)를 통해서 역과도전압이 유입될 수 있는데, TVS소자(P1~P4)에 연결된 접지(SG)와 메인전지(FG)사이에 어레스터(U3)를 사용하여, 과전압의 유입을 완전하게 차단한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 따른 바람직한 실시 예를 설명하였지만, 본 발명은 청구범위에서 청구하는 요지를 벗어남이 없고, 상기한 실시 예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능하고, 그와 같은 변경은 청구 범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

종래의 보호기는 과전압의 완전 차단이 힘들고, 완화 수준의 피해를 경감시키는 수준이고, 본 발명은 보호소자의 억제 효과를 상승을 위해서 저항과 TVS소자를 사용한 다단계 고성능회로에 의해 과도전압의 제거, 반응속도, 억제전압, 정전용량(Capacitance)이 낮은 소자를 사용함으로 데이터/신호 감쇄를 최소화 하였으며, 전원검출을 통한 신호 검출이 가능하고, 접지에 유입되는 역과도전압을 차단함으로 파괴적인 과도전압을 완벽하게 차단하는 높은 흡수 능력과 지속적인 과도전압에 차단할 수 있는 고성능을 가진 보호기로 높은 신뢰성을 가지고 있다.

Claims (1)

1. 어레스터(U1,U2)로 이루어져 있으며, 통신선로에 유입되는 전압보다 높은 과도전압을 접지로 방전하는 과도전압스위칭부;

   저항(R1~R4)로 다단계 직렬로 이루어져 있으며, 방전된 과도전압의 전압강하 현상을 제한하고, 펄스의 지연, 라이트닝성 과도전압의 방전 상태를 유지 하는 제1,2 과도전압제한부;

   TVS(P1~P4)로 다단계 병렬로 이루어져 있으며, 과전압제한부를 통해 유입되는 과도전압을 일정전압 이하로 차단시키고, 통신전압에 안전한 전압으로 완전히 차단하는 제1,2 과전압차단부;

   다이로드(BR1), R5, R6, R7, R8, R9, Q1, Q2, LD1로 상호 유기적으로 이루어져 있으며, 과전압차단부를 통해 안정화된 전압을 검출하는 전압검출부;

   어레스터(U3)로 직렬로 연결되어 있으며, 메인접지(FG)를 통해 유입되는 역과도전압을 차단하는 역전압스위칭부;

Images