JPH0284017A - サージ電圧制限回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、′Ｍサージなどの過電圧から装置を防護する
ためのサージ電圧制限回路に関するものである。

従来、雷サージ防護素子としては放電形避雷器が使用さ
れたきた。しかし、放電形避雷器は放電電圧にばらつき
があることから、これに伴って線間に高電圧の横サージ
が発生することがあり、電子化された装置では、横サー
ジによって破壊、誤動作が問題になる。このため横サー
ジを吸収すべく、本発明者らは、先に、ダイオードブリ
ッジと電圧制限素子とサイリスタを主たる構成要素とす
る防護回路を発明した（特願昭５５−０８６４９９号）
。

第１図は、前記発明の一実施例である。図において、ｌ
−１〜１−４は線路、　２−１．２−２は放電形避″Ｍ
器。

３−１．３−２はダイオードブリッジ、４はバリスタな
どの電圧制限素子、５はサイリスタ、６，７．８はコン
デンサ、９は定電圧ダイオード、１０は抵抗。

１１は通信装置、　１２は電圧制限回路である。動作原
理を簡単に説明する。任意の線間に発生した横サージは
３−１．３−２で極性が一定化され、電圧制限回路１２
に印加される。電圧制限回路１２は、横サージが印加さ
れると、まず、コンデンサ６がサージ波形の立上りをわ
ずかに鈍らせ、電圧制限素子４の動作電圧まで上昇する
。ここで、コンデンサ６は信号には影響のない静電容量
の小さなものである。

電圧制限素子４が動作すると大きな静電容量のコンデン
サ７によって波形の立上りは大きく鈍り、電圧制限素子
４の動作電圧と定電圧ダイオード９の動作電圧の和の電
圧まで上昇する。ここで、定電圧ダイオード９が動作す
るとコンデンサ８に電流が流れ、この電流がサイリスタ
５のゲートトリガ電流より大きい場合にサイリスタ５は
点弧し、サージ電圧は電圧制限素子４の動作電圧にまで
低下する。第２図はサージ吸収波形例を示す。図におい
て、１３は印加サージ波形、１４はサージ吸収波形、Ｖ
Ｖｍは電圧制限素子４の動作電圧、　ＶｆｆｉＤは。

定電圧ダイオード９の動作電圧である。

この回路では、コンデンサ７は波形の立上りを鈍らせる
ために静電容量の大きなものを用いるので、波形の立上
りが早く高電圧のサージの場合。

定電圧ダイオード９が動作するまでに電圧制限素子４に
流れる電流は数１０Ａと大きくなることがある。一方、
バリスタ、定電圧ダイオードなどの電圧制限素子は動作
領域で微分抵抗をもつので、コンデンサ７に流れる電流
によって電圧制限素子４の動作電圧は増大することにな
る。第３図は、代表的なバリスタの動作抵抗を示すもの
である。？１１圧制限索子４の動作電圧が増大すると、
定電圧ダイオード９が動作するときの電圧制限回路１２
の電圧も増大することになる。第４図の破線は、印加サ
ージ電圧に対する電圧制限回路Ｉ２の最大制限電圧特性
を示すものである。印加サージ電圧が増加すると、すな
わち、サージの立上りが速くなるとコンデンサ７に流れ
る電流は増大するので、これに伴い最大制限電圧も上昇
する様子がわかる。

この原因は、波形の立上りを鈍らせるコンデンサ７の回
路と、定電圧ダイオード９とコンデンサ８から成るサイ
リスタのゲート回路が、共に電圧ｆ１１限素子４に接続
されているため、コンデンサ７に流れる電流によって、
電圧制限素子４の動作電圧が上昇すると、その上昇分だ
け定電圧ダイオード９の動作が遅れることにある。

本発明は、サージの立上りを鈍らせるコンデンサを直列
に含む回路とサイリスタのゲートにトリガ電流を供給す
る回路を別々に構成し、これらを並列に接続することに
よって、立上り峻度抑制回路に流れる電流が変化しても
、サイルスタのゲート回路には、はぼ一定の電圧でゲー
トトリガ電流が供給され、低く安定した最大制限電圧特
性が得られるようにしたものである。

第５図は１本発明の一実施例である。同図において、４
は第１の電圧制限素子で、サージ電流１鼠の大きいバリ
スタ等が用いられる。４の動作電圧は電話の直流電圧で
ある４８Ｖを僅かに超える電圧である。５はサイリスタ
である。４と５で主サージ吸収回路を構成する。３４は
第２の電圧制限素子である定電圧ダイオードで、動作電
圧は電話のハウラ信号音電圧である約１４０ｖを僅かに
超えるものとする。８はコンデンサで０．１μＦ程度と
する。

３４と８の直列回路がサイリスタのゲート点弧回路を成
す、また、３２は動作電圧が電話の絶縁試験電圧である
２５０ｖを僅かに超える定電圧ダイオードであり、もう
１つのゲート点弧回路を成す。１５は定電圧ダイオード
で、動作電圧は電話の直流電圧では４８Ｖを僅かに超え
る電圧である。１６は０．５μＦ程度のコンデンサであ
る。１５と１６でサージ電圧立ち上がり峻度制限回路を
構成する。　１７は静電容量の小さなコンデンサ、３６
はサイリスタ５が点弧する際、コンデンサ１６の電荷を
放電するための抵抗、３７はコンデンサ８の電荷を放電
するための抵抗、３８は定電圧ダイオード３４が動作す
る前にコンデンサ８に変位電流を流さないためのダイオ
ードで。

バリスタ４が動作したとき４から８へ流れるようとする
電流を阻止する。１８はサイリスタ５が動作しなかった
とき、コンデンサ８および１６の電荷を放電させるため
の抵抗で、電話の絶縁試験に影響しないようにＩＭΩ以
上の抵抗値のものである。

回路動作の詳細な説明に先立って、本実施例のねらいに
ついて述べる０本発明は、前述のように。

雷サージ等の過電圧から主として電子化された電子機器
を防護するための回路である。電子機器は過電圧に対し
て破壊されやすいため、電話で使用する信号電圧以外の
電圧はできるだけ低い電圧に制限することが望ましい、
電話には、従来より知られでいるように次の信号がある
。

■通話信号：電圧４８Ｖ以下９周波数は数ｋｌ（ｚ。

■ハウラ信号：＠圧は１４０Ｖ、周波数は４００１−１
ｘ。

■回線絶縁試験電圧：ｔｔｔ圧は２５０■、直流で印加
されＩＭΩ以上の抵 抗値が必要。

一方、回線に侵入するサージは雷サージに代表されるが
、電圧は数ｋＶ、時間は数声〜１＠ｓ（周波数に換算し
て約１０００１４ｚ以上）である、従って、信号に影響
せずサージのみを効率より吸収するための回路の目標と
しては、 ■４００　ｆ（ｚ以上の電圧に対しては、できれば１４
（ＩＶ以上でかつできるだけ低い電圧が動作すること。

また、少くとも２５０ｖを僅かに超える電圧が動作する
こと。

■直流に対しては、２５０Ｖ以下で動作しないこと。

である０本実施例がこの条件を満たすことを、従来の回
路（第１図）との比較において、以下に述べる。

第５図において、９！明の主たる部分は、４と５からな
る主サージ吸収回路と、定電圧ダイオード３４とコンデ
ンサ８から成るサイリスタゲート回路である。なお、第
１図の従来の回路ではバリスタ４と定電圧ダイオード９
とコンデンサ８の直列回路によりゲート回路が構成され
ている。

動作を以下に述べる。第５図において、ゲート回路には
直列にコンデンサが入っているため、サージ吸収回路の
両端に直流が印加されてもサイリスタ５は動作せず回路
は不導通である。従って。

上記の２５０　Ｖの絶縁試験は問題ない、一方、サージ
が加わった場合には、コンデンサ８に変位定流が流れる
ため、この電流がサイリスタのゲートオン電流以上であ
ればサイリスタは導通する。サイリスタのターンオン時
間は従来良く知られたようにゲート電流に依存する。即
ち、ゲート電流が大きくなる程高速にオンする。サージ
吸収用サイリスタでは高速な動作が望ましいためグー１
〜電流は比較的高くなる１本実施例の場合には、ｌｏＯ
ｍＡ程度の電流が必要である。サージが印加されたとき
、このゲートオン電流をできるだけ少ない遅れ時間で如
何に供給できるかがサージ吸収回路の特性を決める重要
な要素である。

本実施例では、ゲート回路は定電圧ダイオード３４とコ
ンデンサ８を用いている。定電圧ダイオードは、サージ
電流耐量は小さいが、動作電圧近傍のインピーダンスは
低い利点がある。具体的には、動作電圧が１４０Ｖ程度
の定電圧ダイオードの場合、１００ｍＡ程度の通電によ
る電圧降下は数■である。

従って、サージ電圧が１４０ｖを僅かに超えると。

サイリスタのゲートには速やかに十分な電流が流れる。

少しの遅れ時間の後サイリスタは点弧する。

サイリスタが点弧すると、主サージ吸収回路が動作する
ので、サージ電流はバリスタ４とサイリスタ５を通過す
る。従ってサージ電圧はバリスタ４の電圧に制限される
。バリスタ４は第３図に示したように動作電圧近傍でサ
ージインピーダンスが高い欠点であるが、サージ電流耐
量が高いため大電流を流せる利点がある。４８■を僅か
に超えるような電圧（例えば７０〜８０ｖ）で動作する
バリスタを選ぶと、１００Ａ程度のサージ電流が流れた
場合の電圧降下は第３図より約２倍の電圧降下１４０〜
１６０■となる。このように１本実施例によれば、１４
０■を僅かに超えた電圧で主サージ吸収回路が動作し、
サージ電圧を１６０Ｖ程度以下に制限する。

一方、第１図に示す従来の回路では、ゲート回路に主サ
ージ回路を硝酸するバリスタ４が用いられている。即ち
、サイリスタを点弧させるためには、４と９が動作しな
ければならない。バリスタ４は第３図に示し、また上記
のように動作電圧近傍のインピーダンスが高い欠点があ
る。従って。

サイリスタの動作に必要な１００ｍＡのｆｌＬ流が流れ
る間にバリスタの電圧は第３図に示すように数１０％上
昇する。更に、サイリスタが点弧するまでの遅れ時間に
バリスタの電圧は更に上昇する。このようにして、サー
ジ電圧が上がるに従って、即ち波形の立ち上がりが急峻
になるに従って、吸収電圧は第４図の破線で示すように
上昇ることとなる。

次に、第５図に示す本実施例の回路構成の機能について
第６図を用いて説明する。第６図は第５図の回路の動作
によるサージ吸収波形を示すものである（第６図はサー
ジ電流が５０Ａ程度の場合である）、第６図において、
１３はサージ電圧である。

サージが加わると、先ずコンデンサ１７と１６の直列回
路が動作し波形を少し鈍らせる。サージ電圧が定電圧ダ
イオード１５の動作電圧（４８ｖを僅かに超える電圧）
に達すると、定電圧ダイオード１５と静電容量の大きな
コンデンサ１６の直列回路が動作し波形を大きく鈍らせ
る。更に電圧が上昇し、定電圧ダイオード３４が、１４
０Ｖを僅かに超える電圧で動作すると、サイリスタのゲ
ートに電流が流れ。

少しの遅れの時間の後サイリスタ５は動作する。

サイリスタ５が動作するとバリスタ４にサージ電流が流
れる。サージ電流が５０Ａ程度とすると、第３図より制
限電圧はバリスタの動作電圧の１．５倍程度となる。即
ち、動作電圧が７０〜８０ｖのバリスタを用いている制
限電圧は１２０Ｖ程度に下がる。

第３図でＶ　ｖａｔの電圧である。また、サイリスが導
通すると、コンデンサ８に充電された電荷は３Ｂ。

３７．５の経路で放電される。更に、コンデンサ１６に
充電された電荷は１５，４．５の経路で放電される。サ
ージが去ると１本回路に印加される電圧は電話の直流電
圧のみとなる。即ち、４８ｖ程度となるためバリスタ４
はオフ状態になる。従って、サイリスタ５には電流が流
れなくなり、サイリスタもオフ状態に戻る。

第５図の回路において、３２は２５０　Ｖを僅かに超え
る電圧が動作する定電圧ダイオードである。この回路は
１例えば、電話回路にサージ以外の直流の過電圧が印加
された場合等に１本回路を動作状態にし、電子化電子機
器を防護するためのものである。

本発明において、第２の電圧制限素子は１つの定電圧ダ
イオードとは限る必要はなく、複数の定電圧ダイオード
を直列に接続してもよい、第７図はこのような実施例で
ある。第７図において、９は定電圧ダイオードである。

９の動作電圧は１５と９の直列回路の動作電圧が１４０
　Ｖを僅かに超えるように設定する。即ち、定電圧ダイ
オード１５の動作電圧を６０ｖ程度とすると、定電圧ダ
イオード９は８０ｖ程度で動作するように設定する。ゲ
ート回路は１５と３０と３１と３３と９と８の直列回路
で構成される。動作は第５図と同様であるので簡単に説
明する。先ず、サージが加わると、１５と１６の直列回
路が動作し波形を鈍らせる０次に、電圧が１４０ｖを僅
かに超えると上記のゲート回路が動作し、サイリスタが
導通し、バリスタの制限電圧になる。

本発明は、サージの立ち上がりを低い電圧で鈍らせるこ
とができ、また、印加サージ電圧が上昇しても最大制限
電圧を低く抑えることができるため、低い電圧がサージ
電圧を制限する必要があるＰＮＰＮスイッチを使用する
通信装置へ適用した場合、信頼性向上に効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のサージ防護回路、第２図は第１図のサー
ジ吸収波形、第３図はバリスタの電圧・電流特性、第４
図は最大制限電圧特性、第５図は本発明の一実施例、第
６図は第５図のサージ吸収波形、第７図は本発明の他の
実施例である。 １−１〜１−４・・・線路、　　２−１．２−２・・・
放電形避雷器、３−１．３−２・・・ダイオードブリッ
ジ、　４　・・・電圧制限素子（バリスタ）、５　・・
・サイリスタ、　　６．７．８．１６．１７・・・コン
デンサ、　　９　、１５．３２．３４・・・電圧制限素
子（定電圧ダイオード）、１０．１ｇ。 ３０、３３．３６．３７・・・抵抗、１１・・・通信装
置、１２・・・電圧制限回路、１３・・・印加サージ波
形、１４・・・サージ吸収波形、３１、１５．３８・・
・　ダイオード。 特許出願人　日本電信電話株式会社 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 ”　２ＶＶ’ｌｌｌ 第 図 岬ｆａブーシ゛（番■） 第 ア 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１の電圧制限素子（４）と該素子に直列に接続された
   サイリスタ（５）とからなる主サージ吸収回路と、前記
   サイリスタの点弧回路と、を有するサージ吸収回路であ
   って、前記点弧回路は、該動作開始電圧が前記第１の電
   圧制限素子の制限電圧よりも高い第２の電圧制限素子（
   ３４）とコンデンサ（８）の直列回路を有して構成され
   、前記点弧回路は、一端が前記第１の電圧制限素子のサ
   イリスタが接続されていない側の端子に接続され、他端
   が前記サイリスタのゲート端子に接続されていることを
   特徴とするサージ電圧制限回路。