JPH0116091B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、通信装置のように内部抵抗と直流電
源回路とを有するシステムにおいて、通信回線等
に発生する誘導雷サージ等からシステムを保護す
るためのサージ保護回路に関する。

［従来の技術］ 通信回線等においては、従来、雷サージから装
置を保護するために放電管・バリスタ・ツエナダ
イオード等を用いて来たが、装置の半導体化等に
よつてこの種の保護素子には益々保護速度の高速
化・小形化・保護電圧の安定均一化等高性能化が
要求されている。ここにおいて、放電管は、放電
開始電圧のバラツキ、放電開始までの時間遅れ等
が問題である。又、ツエナダイオードは高速性に
おいて優れているが、サージを一定電圧でクラン
プするため、電圧・電流積が大きくなるこの種の
保護素子としては、大電力を処理できる性能の素
子を必要とし、高価となる欠点がある。

一方、サイリスタを用い電圧レギユレータの出
力異常を保護するようになした保護回路が、特開
昭48−94844号公報及び米国特許第3551745号明細
書に開示されている。

［発明が解決しようとする問題点］ さて、一般にサイリスタは一度点弧すると保持
電流以上の直流電流が流れ得る限りいつまでも点
弧状態を保持する。従つて、サイリスタを用いた
保護回路に直流電源回路が接続されている場合、
サージ等により一旦点弧したサイリスタは、電源
回路からの直流電流により導通し続けることにな
り、サージが終わつた後でも自己復帰ができない
問題点がある。因みにこの問題点に対し、上記米
国特許においては、SCR（サイリスタ）はレギユ
レータ電源を切ることによつてリセツトできる旨
説明されており、手動復帰を行なつているのが現
状である。

しかしながら通信装置においては、外来サージ
が収まつた時にはサイリスタは自動的に初期状態
に復帰すること、即ち無保守のアレスタが強く望
されるところである。

従つて本発明の目的は、サージが終了した後に
サイリスタを遮断状態に自動復旧するようになし
たサージ保護回路を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 前記目的達成のため、本発明は、一対の端子間
に直列接続された内部抵抗と直流電源回路とを有
するシステムにおいて、該システムの正側端子に
アノードが、負側端子にカソードが接続されたサ
イリスタと、このサイリスタのゲート・アノード
間に接続されサイリスタのアノードからカソード
に向う方向の電流に対して定電圧ドロツプを示す
定電圧性素子と、前記サイリスタのゲート・カソ
ード間を短絡する抵抗であつてその実効抵抗値は
前記サイリスタの保持電流が前記システムでの短
絡直流電流より実効的に大きくなる如く定められ
た抵抗とによりサージ保護回路を構成した。

［作用］ サイリスタは一度点弧すると保持電流以上の直
流電流が流れ得る限りいつまでも点弧状態を保持
する。本発明においては、前記サイリスタのゲー
ト・カソード間を短絡する抵抗、即ちその実効抵
抗値は、前記サイリスタの保持電流が使用される
システムでの短絡直流電流より実効的に大きくな
る如く定められた抵抗を備えているため、外来サ
ージが収まつてシステムでの短絡直流電流が前記
サイリスタの保持電流より小さくなつた時には、
もはやサイリスタは導通状態を保つことができな
くなり、自動的に遮断状態に復旧するものであ
る。

［実施例］ 以下本発明を図を用いて詳細に説明する。

第１図は、本発明の第１の実施例を示した回路
図である。

第１図において、本発明のサージ保護回路によ
り保護すべきシステム６は、直流電源回路７と内
部抵抗８とを有しており、このシステム６の正側
端子にサージ保護回路を構成するサイリスタ１の
アノードが、負側端子にサイリスタ１のカソード
が接続されている。

サイリスタ１のゲートＧ・カソードＫ間には抵
抗２を接続し、ゲートＧとアノードＡ間には更に
定電圧性素子としてツエナダイオード３を接続
し、サイリスタ１のアノードＡ、カソードＫ間を
それぞれ端子４，５としてサージ保護回路を構成
している。

抵抗２は後述の理由から例えば数オーム程度の
低抵抗が選ばれる。ツエナダイオード３は、端子
５を基準電位としたとき端子４の電位が正電圧の
ある一定電圧を越えたときに端子４からツエナダ
イオード３を通つて抵抗２に電流が流れ込むよう
な極性に接続されている。

かく構成することにより、端子４，５間にサー
ジ電圧が印加されると、一定電圧を越えたとき直
ちにツエナダイオード３が動作し、端子４，５間
の電位差がそれ以上増加しないように作用する。
このとき、サージ源の内部インピーダンスが低い
と、ツエナダイオード３に大きなサージ電流が流
れる。この結果、抵抗２における電圧降下がサイ
リスタ１を点弧させるに充分な値（通常約0.7ボ
ルト以上）になつてサイリスタ１が点弧し、端子
４，５間はサイリスタ１で短絡されて低い電圧
（通常数ボルト）に保持される。サイリスタ１は
一度点弧すれば流れる電流が減らない限り導通状
態を保てるため、サージは低い電圧のままに保持
され、このときにはツエナダイオード３における
電力消費はなく、全体として電力消費は小さな値
となる。勿論、サージが、電圧は大きいけれどサ
ージ源内部インピーダンスが大きくてあまり大き
な電流は流れないというような場合には、ツエナ
ダイオード３だけによつて端子４，５間を定電圧
にクランプできる。

ここで、サイリスタ１を用いていることによつ
て、注意すべき事項がある。すなわち、第１図の
破線で示したシステム６には直流電源回路７及び
内部抵抗８の他に、図示省略したIC、トランジ
スタ、コンデンサ等の部品が含まれている。この
ような構成は、電話交換機等に現実にある。これ
らの構成に外部から雷サージ等が加わつてサイリ
スタ１が点弧し雷サージからシステム６を保護し
たとすると、雷サージが消えた後もシステム６の
直流電源回路７からサイリスタ１に電流が供給さ
れ続けることになる。これではシステム６の機能
に支障を与えるので、サージが消えた後は再びサ
イリスタ１を遮断状態に回復できる必要がある。

一般に、導通しているサイリスタに流れる電流
を徐々に減らしていくと、ある電流値で突然サイ
リスタが遮断する。これをそのサイリスタの保持
電流と呼ぶが、この保持電流はサイリスタのゲー
トとカソード間の短絡抵抗の大小と密接な関係を
持つており、短絡抵抗を小さくすると保持電流は
大きくなる。そこで、第１図の端子４，５間を短
絡したときにシステム６から流れ来る電流（直流
電源回路７と内部抵抗８で決まる。）よりサイリ
スタの保持電流を大きく設定しておけば、先の心
配はなく、サージが消滅すれば再びサージ保護回
路は遮断状態に戻ることができる。このため、前
述の如く抵抗２はかなり低い抵抗値を選んでい
る。一般に、システムでの線間短絡電流はせいぜ
い100〜200mA前後であり、サイリスタは数
100mAの保持電流になるよう設計しておけばよ
い。

ここでサイリスタの保持電流とゲート・カソー
ド間の短絡抵抗との関係について整理してみる。

一般に、サイリスタは、第６図に示すように２
つのトランジスタとして書き表わせる。第６図に
おいてIaはアノード電流、αp，αnは電流伝送率、
Rgは短絡抵抗、Igはゲート電流である。

ここで、点弧の条件は、次の(1)，(2)式で表わせ
る。

αp＋αn≧１ ……(1) Vg0.7v ……(2) また、Vgは、 Vg≦Rg・Ig ……(3) と表わせる。従つて、点弧時においては、(3)式に
おいて短絡抵抗Rgが小さくても、雷サージによ
る電流Igが充分に大きいためVg（0.7v）は容易に
得られ、サイリスタは点弧する。

一方、保持の条件としては、一般にゲート電流
Igが停止している状態で、 Vg≦Rg・Ia・αp ……(4) と表わせる。従つて、(4)式の保持条件において短
絡抵抗Rgを小さくすると保持に必要なアノード
電流Iaが大きくなることを意味し、短絡抵抗Rg
の値は保持の条件に大きく寄与する。

第２図は本発明の第２の実施例を示した回路図
である。第２図では、ツエナダイオード３を
NPNトランジスタ１０のベースと接続し、その
エミツタをサイリスタ１のゲートＧと接続し、コ
レクタは端子４に接続している。かく構成するこ
とにより、ツエナダイオード３からの電流が
NPNトランジスタ１０によつて増幅されて抵抗
２、サイリスタ１に加えられるため、小さな容量
のツエナダイオードを使うことができ、又、電流
が増幅されて流れることから、サージ保護開始時
にサイリスタ１のゲートＧに流れ込む電流が第１
図の実施例より増加し、サイリスタ１をより高速
で点弧させることが可能となる長所が得られる。
他は前記説明と同様である。

第３図は本発明の第３の実施例を示した回路図
であり、第２図に示した回路に更にダイオード１
１を図示の如く追加したものである。第１図、第
２図の実施例では、端子４より端子５の電位が正
電位になると、ツエナダイオード３あるいはトラ
ンジスタ１０のエミツタ・ベースを通つて端子
４，５間に電流がいつでも逆流してしまう欠点が
ある。なぜならば、一般にNPNトランジスタの
ベース・エミツタ間は、せいぜい10ボルト程度の
電圧にしか耐えられず、それ以上の逆電圧に対し
ては電流がどんどん流れてしまう。そこで、第３
図では、逆流を防止するダイオード１１を設けて
いる。なお、サイリスタ１は元来逆方向にも電流
を阻止するので、特別の考慮は不要である。

第４図は本発明の第４の実施例であり、第３図
の実施例回路を逆並列接続し、正・負双方向のサ
ージに対し保護できるように構成している。すな
わち、第１図、第２図の実施例では、システム６
から通信回線等へ流れる電流は一定方向の場合の
みを考えていたが、システムによつては電流反転
用のスイツチを内部に備え、逆方向に電流を供給
するものも考えられる。そこで本実施例では、サ
イリスタ１、抵抗２、ツエナダイオード３、トラ
ンジスタ１０及びダイオード１１からなるサージ
保護回路と、サイリスタ１′、抵抗２′、ツエナダ
イオード３′、トランジスタ１０′及びダイオード
１１′からなるサージ保護回路とを逆並列接続し
て、端子４，５間の正・負双方向のサージに対し
保護できるようにしている。更にNPNトランジ
スタ１０，１０′のベース・エミツタ間には抵抗
１２，１２′を接続することにより、トランジス
タ１０，１０′の実効的コレクタ・エミツタ耐圧
を高くすることができ、安定な動作を行なえる効
果が得られる。なお、図中で符号にダツシユマー
ク（′）を付けたのは、そのマークのない符号と
同一の部品を表わす。動作、機能については、前
述の説明から理解できるであろう。

第５図は本発明の第５の実施例であり、第４図
と同様に端子４，５に加わる正・負双方向のサー
ジに対し保護することを目的としたものであり、
逆並列接続をした２つのサイリスタ１，１′の各
ゲートに、逆向きに直列としたツエナダイオード
３，３′を接続したものである。このように構成
することにより、端子４，５に加わつたサージは
まず抵抗２′―ツエナダイオード３―同３′―抵抗
２（又はこの逆向き）に流れて一定電圧にクラン
プした後、サージ電流が大きいとサイリスタ１又
は１′が点弧してこれを保護するものである。

２つのツエナダイオード３，３′は正負双方向
に定電圧性を持つ１つの素子に置き換えてもよい
ことはいうまでもない。

［発明の効果］ 以上詳しく説明したように、本発明によれば、
サイリスタのゲート・カソード間を短絡する抵抗
であつて、その実効抵抗値は、前記サイリスタの
保持電流が使用されるシステムでの短絡直流電流
より実効的に大きくなる如く定められた抵抗を備
えているため、外来サージが収まつてシステムで
の短絡直流電流が前記サイリスタの保持電流より
小さくなつた時には、もはやサイリスタは導通状
態を保つことができなくなり、自動的に遮断状態
に復旧する。すなわち無保守のアレスタが実現で
きるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示した回路
図、第２図から第５図はそれぞれ本発明の第２、
第３、第４、第５の実施例の回路図、第６図はサ
イリスタの点弧、保持説明用の回路図である。 １，１′……サイリスタ、２，２′……抵抗、
３，３′……定電圧性素子、４，５……端子、６
……システム、７……直流電源回路、８……内部
抵抗、１０，１０′……NPNトランジスタ、１
１，１１′……ダイオード、１２，１２′……抵
抗。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一対の端子間に直列接続された内部抵抗と直
   流電源回路とを有するシステムにおいて、該シス
   テムの正側端子にアノードが、負側端子にカソー
   ドが接続されたサイリスタと、このサイリスタの
   ゲート・アノード間に接続されサイリスタのアノ
   ードからカソードに向う方向の電流に対して定電
   圧ドロツプを示す定電圧性素子と、前記サイリス
   タのゲート・カソード間を短絡する抵抗であつて
   その実効抵抗値は前記サイリスタの保持電流が前
   記システムでの短絡直流電流より実効的に大きく
   なる如く定められた抵抗とを備えたことを特徴と
   するサージ保護回路。