JPH0376096B2 - - 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雷サージ防護回路に関する
ものである。

〔従来の技術〕

電話局における最近の電子化交換機の耐圧は数
100Vと低く、これを雷サージから防護するため
に防護回路が用いられており、従来のかかる雷サ
ージ防護回路を第４図に示す。

同図において、１は通信線、２は通信線接続端
子、３は酸化亜鉛バリスタ、４はアース端子、５
は通信装置接続端子、６は通信装置、７は電流制
限抵抗、８は３極避雷管、９は放電ギヤツプ、１
０は放電ギヤツプ、１１はヒユーズ、である。

次に回路動作を説明する。通信線１に誘導され
た雷サージが、雷サージ防護回路の通信線接続端
子２から侵入し、その雷サージ電圧が酸化亜鉛バ
リスタ３のバリスタ電圧に達すると、雷サージ電
流が酸化亜鉛バリスタ３を通してアース端子４に
流れ、通信装置接続端子５とアース端子４の間の
電圧は常にバリスタ電圧に保たれ、通信装置６は
雷サージから防護される。

第５図は第４図に示した如き雷サージ防護回路
における雷サージ印加時の入出力波形を示す波形
図である。

第４図に示した雷サージ防護回路の回路動作を
第５図を参照して更に具体的に説明すれば次の如
くである。

すなわち、雷サージ電流の流入によつて、電流
制限抵抗７による電圧降下分とバリスタ電圧の和
の電圧が３極避雷管８の放電ギヤツプ９，１０に
それぞれ印加され、この電圧がそれぞれの放電ギ
ヤツプのサージ放電開始電圧に達すると放電ギヤ
ツプのそれぞれは、グロー放電状態からアーク放
電状態へ移行する。雷サージ電流は放電ギヤツプ
を通してアース端子４に流れるので、通信線接続
端子５とアース端子４の間の電圧は放電ギヤツプ
のアーク放電電圧と等しい電圧となり、この電圧
は20〜30V程度であるために、通信装置６は雷サ
ージから完全に防護され得ることになる。

なお、通信線１が図示せざる電力線と混触した
場合にはヒユーズ１１を溶断させて、通信線１と
通信装置６を切り離す機能も有している。

次に、上記に述べた如き、３極避雷管と酸化亜
鉛バリスタと電流制限抵抗とを組合せて成る雷サ
ージ防護回路の問題点を第６図を参照して説明す
る。

第６図は、３極避雷管８のサージ放電開始電圧
−放電開始時間特性（Ｖ−ｔ特性）を示すグラフ
である。

同図において、右上りの勾配をもつた斜線S₁
は、入力雷波形の立上り峻度が1000V／μsの場合
を示し、そのときの放電開始電圧と放電開始時間
の関係は、特性曲線Ｋとの交点M₁で与えられる
ことを示している。同様に、斜線S₂は、入力雷波
形の立上り峻度が100V／μsの場合を示し、その
ときの放電開始電圧と放電開始時間の関係は、同
じく特性曲線Ｋとの交点M₂で与えられることを
示している。

そこで、波高値が1KV〜10KV（峻度に直すと
1000V／μs〜100V／μs）の雷サージを考えると、
そのサージ放電開始電圧は、M₁点とM₂点の縦軸
の値から分るように、450V〜700Vであつて高
く、３極避雷管の動作だけでは入力サージ電圧を
交換機の耐電圧以下にすることができないので、
バリスタ電圧がV_1nA：120V（つまり１ｍＡの電流
が流れたときの電圧降下が120V）の酸化亜鉛バ
リスタ３と組合せて防護回路を構成していたわけ
である。

このように、３極避雷管のサージ放電開始電圧
とバリスタ電圧との差が大きく、バリスタ電圧だ
けによるのでは３極避雷管が放電するまでに時間
がかかりすぎるので、電流制限抵抗７を用いて、
バリスタ電圧と電流制限抵抗による電圧降下の和
によつて３極避雷管の端子電圧を上昇させてその
放電を速めているのであるが、雷サージ電流が増
加して十分な電圧降下が電流制限抵抗７において
得られるようになるまでにはやはり時間がかか
り、さらにこの電流制限抵抗７は通信線路へ直列
に接続されているため、それによる伝送損失が大
きくなるという欠点があつた。

そしてサージ放電開始時間を短くするために、
サージ放電開始電圧をバリスタ電圧に近づける
と、今度は放電後、給電電圧により放電が持続し
た状態（続流）が発生するという欠点があつた。

さらに、３極避雷管は放電により電極面がスパ
ツタリングやアーク放電の熱で劣化すること、酸
化亜鉛バリスタは給電電圧が印加された状態では
分極が加速されるために特性が劣化したり、サー
ジ吸収電流値により寿命が短くなるという欠点が
あつた。

一方、電圧値の低い雷サージほどその発生頻度
が高くなることが観測されているので、例えば避
雷管の放電開始電圧以下の雷サージの発生頻度は
相当に高くなる。そしてこれらの雷サージはすべ
て酸化亜鉛バリスタに印加されることになり、し
たがつてサージエネルギー耐量が大きい酸化亜鉛
バリスタが必要であつた。所がサージエネルギー
耐量の大きい酸化亜鉛バリスタは静電容量が大き
く、高速、広帯域の通信には使用できないという
問題点があつた。

製造面においても、従来の防護回路は、３局避
雷管を製造するための真空技術と、酸化亜鉛バリ
スタを製造するための半導体技術という異なつた
２種類の技術を必要とし、経済的にコスト高とな
つていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

そこで本発明においては、従来の雷サージ防護
回路において電流制限抵抗を用いていた点、雷サ
ージに対する応答の遅い点、放電後の続流発生の
問題、３極放電管にまつわる寿命短縮の問題、酸
化亜鉛バリスタの耐量の問題、製造技術にからむ
コスト高の問題等を一挙に解決せんとするもので
ある。

従つて本発明は、半導体製造プロセスという単
一の技術によるだけで生産することができ、雷サ
ージに対して応答が速く、雷サージエネルギーの
うち、サージ防護デバイスで消費するエネルギー
は少なく、ほとんどの雷サージエネルギーをアー
スに流すことのできる理想的な雷サージ防護回路
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〕

本発明では、通信装置に接続される二つの通信
線の各々とアース端子との間に、２方向性３端子
サイリスタ（トライアツクとも云う）とアバラン
シエダイオードをそれぞれ並列に接続するように
した。

〔作用〕

雷サージが侵入し、サージ電圧が上昇してトラ
イアツクのブレークオーバー電圧に達してもトラ
イアツクはオンするまでに時間遅れがあるのです
ぐには動作しない。そしてその間はアバランシエ
ダイオードが動作するようにし、該ダイオードの
ブレークダウン電圧によつて安まる一定電圧が通
信装置とアースの間に加わる。一定の時間遅れの
後、トライアツクがオンし、アバランシエダイオ
ードはオフとなり、雷サージ電流はトライアツク
を流れて大地に吸収される。

〔実施例〕

次に図を参照して本発明の実施例を説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す回路図であ
る。同図においては、１は通信線、２は通信線接
続端子、４はアース端子、５は通信装置接続端
子、６は通信装置、１１はヒユーズ、１２は２方
向性３端子サイリスタ（トライアツク）、１３は
双方向アバランシエダイオード、である。

今、トライアツク１２のブレークオーバ電圧が
180V、アバランシエダイオード１３のブレーク
ダウ電圧が同じく180Vである場合について、そ
の回路動作を第２図を参照しながら説明する。

なお第２図は、第１図に示した実施例の雷サー
ジ印加時の入出力波形を示す波形図である。

雷サージが侵入すると、通信線接続端子２の電
圧が上昇していくが、該電圧がトライアツク１２
のブレークオーバ電圧180Vに達しても、トライ
アツク１２がオンするまでの遅れ時間があるため
トライアツク１２は動作せず、最初にアバランシ
エダイオード１３が動作し、通信装置接続端子５
とアース端子４の間の電圧は、アバランシエダイ
オード１３のブレークダウン電圧180Vによつて
定まり、該180V一定になる。

約0.8μsec後にトライアツク１２がオンするの
で、アバランシエダイオード１３がオフとなり、
雷サージ電流はトライアツク１２を流れ、アース
端子４を通して大地に吸収される。

トライアツク１２がオンとすると、トライアツ
ク１２における電圧降下はダイオード１段分に相
当する約１〜3Vとなり、これが通信装置接続端
子５と、アース端子４の間の電圧となるので、通
信装置６へ印加される電圧はきわめて少なくな
る。

また、２個のトライアツク１２と１２のゲート
を互いに接続しておけば、片一方のトライアツク
がオンすると、そのゲート電圧がもう一方のトラ
イアツクのゲートに加わり、２個のトライアツク
が同時にオンする。したがつて、通信装置接続端
子間５−５の電圧差を極めて少なくすることがで
きる。両トライアツクのゲート間を切り離してお
いても、２本の通信線１，１のそれぞれに同じ雷
サージが進入すれば、両トライアツクは独立に動
作することになるので、これでも構わない。

本発明による防護回路は、トライアツクのブレ
ークオーバー電圧とアバランシエダイオードのブ
レークダウン電圧を一致させることが容易である
ため、ブレークダウン電圧以上の雷サージが印加
された場合は必らずトライアツクがオンし、かつ
トライアツクがオンするまでの遅れ時間は
0.8μsecであつて雷サージ電圧波高値によらず一
定である。

従来の雷サージ防護回路において避雷管のサー
ジ放電開始時間は、雷サージ電圧波高値により大
きくバラツクが、2KVの雷サージに対しては
5μsecであり、これに比べて、本発明によれば遅
れ時間は0.8μsecであるから、極めて速い応答特
性を実現できる。すなわち、アバランシエダイオ
ードの動作継続時間も0.8μsecと短いため、ここ
での雷サージ印加時の消費エネルギーは、第２図
において斜線部で示した面積に相当し、約１ｍＪ
と少なく、したがつてアバランシエダイオードの
チツプ面積を、従来のそれの10分の１に小さくす
ることができる。また、電流制限抵抗を必要とし
ないので、伝送損失も少ないという利点がある。

一方、トライアツクはオンすると電圧降下がダ
イオード１段分の１〜3Vになるため、雷サージ
波形が10/1000μsec（10μsecでピーク値に達し、
1000μsecでピーク値の1/2に低下する波形）で電
流が50A〔＝雷サージピーク電圧／（通信線のサ
ージインピーダンス＋接地抵抗）＝500V／100Ω〕流れ るとしても、そのエネルギー損失は1J以下ときわ
めて少ないため、発熱量が少なく、トライアツク
のチツプ面積を小さくできる。したがつて、トラ
イアツク、アバランシエダイオードともにチツプ
面積を小さくできるため、接合容量が小さく、高
速、広帯域の通信にも使用することが可能であ
る。また、両者は同一の製造プロセスで製造で
き、小形化、高密度化が可能である。

また、避雷管は放電するとスパツタリングによ
る電極面劣化が生じるが、本発明では劣化要因は
ほとんどなく、長期間の使用が可能である。さら
にオン状態の電圧はダイオード１段分の電圧降下
であるため、通信装置への過電圧の影響を極めて
少なくできる。

保持電流値は、ゲート・カソード間抵抗および
トライアツクの電流増幅率等を製造プロセスで一
定の値にすることができるため、給電電流以上に
設定することが容易である。

第３図は本発明の他の実施例を示す回路図であ
る。同図に示す実施例は、第１図に示した実施例
の中で、ヒユーズを除去したものに相当する実施
例である。

最近の電力線はほとんどが絶縁被覆線であるた
め、通信線と電力線との混触は皆無になつてきて
いる。したがつてヒユーズを除去した雷サージ防
護回路も使用可能な環境が整いつつある。第３図
に示した如き、ヒユーズを含まぬ回路とすること
によつて、第１図に示した実施例に比べて、より
小形化、経済化をはかることができる。

なお、第１図、第３図の各実施例において、２
方向性３端子サイリスタ（トライアツク）とし
て、サイリスタまたはゲートターンオフサイリス
タを２個、逆並列に接続して成る回路を用いるこ
ともできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、少ない回
路要素で雷サージ防護回路を構成でき、回路構成
部品は同一の半導体製造プロセスに従つて得られ
るため、特に１チツプ上に防護回路を集積化する
場合にはその有効性を発揮することができる。

また、本発明によれば雷サージ印加時に回路部
品で消費するエネルギー量が少ないため、小形
化、高密度化を図ることができ、静電容量を小さ
くできることから、高速、広帯域の通信にも本発
明による防護回路は使用できるという利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２
図は第１図に示した実施例の雷サージ印加時の入
出力波形を示す波形図、第３図は本発明の他の実
施例を示す回路図、第４図は従来の雷サージ防護
回路を示す回路図、第５図は従来の雷サージ防護
回路における雷サージ印加時の入出力波形を示す
波形図、第６図は３極避雷管のサージ放電開始電
圧対放電開始時間の特性を示すグラフ、である。 符号説明、１……通信線、２……通信線接続端
子、３……酸化亜鉛バリスタ、４……アース端
子、５……通信装置接続端子、６……通信装置、
７……電流制限抵抗、８……３極避雷管、９……
放電ギヤツプ、１０……放電ギヤツプ、１１……
ビユーズ、１２……トライアツク、１３……アバ
ランシエダイオード。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 通信装置に接続される二つの通信線の各々と
   アース端子との間に、２方向性３端子サイリスタ
   とアバランシエダイオードをそれぞれ並列に接続
   し、前記両サイリスタのゲート端子間を接続し、
   または接続しないで成ることを特徴とする通信装
   置の雷サージ防護回路。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の雷サージ防護
   回路において、前記サイリスタとダイオードの間
   をつなぐ通信線路にヒユーズを接続したことを特
   徴とする雷サージ防護回路。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項に記載の
   雷サージ防護回路において、前記２方向性３端子
   サイリスタとして、サイリスタまたはゲートター
   ンオフサイリスタを２個、逆並列に接続して成る
   回路を用いたことを特徴とする雷サージ防護回
   路。