JPS646614B2

JPS646614B2 -

Info

Publication number: JPS646614B2
Application number: JP5174680A
Authority: JP
Inventors: Akira Tomono; Tadahiro Nagayama
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1980-04-21
Filing date: 1980-04-21
Publication date: 1989-02-03
Also published as: JPS56148131A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は複数の対通信線を使用する電話機系装
置の横サージ吸収回路に関するものである。

従来、ボタン電話機など複数の対通信線を用い
る装置では、縦サージから装置を保護するため
に、第１図に示すように各線と大地間に縦サージ
を吸収する過電圧吸収素子が用いられている。同
図において５，６，７，８は２端子の過電圧吸収
素子で各線に１個ずつ一端を接続し、他端を共通
にして接続するもの、９，１０は３端子の過電圧
吸収素子でそれぞれ５と６，７と８を一体化した
特性を持つものである。過電圧吸収素子には炭素
避雷器や避雷管のように放電を利用するものと定
電圧で動作する過電圧制限素子を用いるものがあ
るが、どちらを用いても複数の対通信線を用いる
装置では雷サージ侵入時には各線間に横サージと
呼ばれる高い電圧が発生する。横サージ発生機構
を説明する。

第２図は、過電圧吸収素子として放電を利用す
る避雷器を用いた場合の横サージ発生機構を示す
図である。放電を利用する電話機用の避雷器は、
放電用始電圧が600〜1000Vとかなりのばらつき
があるため、サージが各線に同位相で侵入しても
○イ，○ロに示すように放電開始時間に遅れを生じた
り、○ハのように放電しない場合もあり、これによ
る横サージが○ニ，○ホのように発生する。○ニは○イ
と
○ロの間に発生する横サージ、○ホは○ロと○ハの間に
発
生する横サージである。また、位相が異つたサー
ジが侵入した場合には放電開始時間の遅れは一層
進み、さらに横サージを発生し易くなる。これら
の横サージは放電に起因するため、波形の立上り
は極めて早く0.1μsec以下になる場合もある。ま
た、電圧は縦サージの立上り早さにもよるが最大
1000Vにも達することがあり、横サージの継続時
間は○ホの場合が最も長く最大200μsec程度になる
場合もある。しかも、この横サージは２極避雷器
を用いた場合には、１，２，３，４の任意の線間
に現われ、３極避雷器を用いた場合には主として
ＡとＢ間に現われる。

第３図は、過電圧吸収素子として定電圧で動作
する過電圧制限素子を用いた場合の横サージ発生
機構を示す図である。過電圧制限素子とは半導体
バリスタや定電圧ダイオードなどであるが、これ
らは動作がきわめて早くばらつきも少ないので同
位相サージに対しては横サージの発生は少ない。
対通信線のL₁，L₂は局から加入者まで必ず同一
ルートで配線されるのでこれらに侵入するサージ
は同位相と考えられ、過電圧制限素子を用いた場
合にはこれらの線間の横サージは小さい。しか
し、複数の対通信線を用いる装置では、これらの
対通信線が局から加入者まで全て同一ルートで配
線されているとは限らず異ルートになる場合もあ
るため、各対通信線には位相及び電圧の異なるサ
ージが侵入する場合がある。この場合には、○ヘ，
○トのように過電圧制限素子が動作して縦サージの
電圧を素子の制限電圧に制限しても、対通信線間
には○チのような横サージが発生する。横サージの
最大値は対通信線に大地に対して逆極性の縦サー
ジが侵入したときに発生するもので、この場合に
は素子の制限電圧の２倍の電圧最大1000V程度が
印加されることがある。

以上のように、複数の対通信線を使用する電話
系装置においては、従来のどのような縦サージ吸
収回路を使用しても各線間に横サージが発生し、
この電圧は対通信線間が特に高く最大1000V、立
上り時間は最小0.1μsec以下、サージ継続時間は
最大200μsec程度になる場合がある。

また、複数の対通信線を用いる装置では通話路
を切替えるスイツチが電子化される傾向にある
が、交叉点に使用する半導体素子の耐圧は高々
500V程度であるため、交叉点に上記のような高
電圧が印加されるとスイツチは破壊する恐れがあ
る。しかも、この通話路スイツチがPNPN素子
で構成されているような場合には、立上りの早い
横サージによつてPNPN素子のdv／dt耐量オー
バによる誤動作や破壊が起きる恐れもある。従つ
て、電子通話路を用いる装置では横サージを効率
的に吸収するサージ吸収回路が重要である。

本発明は、横サージ電圧の制限及び立上り早さ
の制限により通信装置の回路の保護及びその中の
PNPNスイツチの誤動作、破壊の防止を行ない
得る横サージ吸収回路を提供するものである。

以下に図面を用いて本発明を詳細に説明する。

第４図は本発明の実施例で、２つの対通信線を
用いる装置の横サージ吸収回路である。図におい
て、１１，１２は整流用のダイオードブツジ、１
１―１，２、１２―１，２は被整流波入力端子、
１１―３，４、１２―３，４は整流出力端子、１
３は過電圧吸収回路である。この回路の動作原理
を説明する。横サージは１，２，３，４の任意の
線間に発生する可能性があるが、どの横サージも
過電圧吸収回路１３の２端子間に印加される。こ
れは次の理由による。例えば、通信線１と２の間
に発生する横サージは、〔１→１１(1)→１１(3)→
１３→１１(4)→１１(2)→２〕の回路に印加され、
１と３の間に発生する横サージは、〔１→１１(1)
→１１(3)→１３→１２(4)→１２(1)→３〕の回路に
印加され、他の線間に発生する横サージも２つの
順方向ダイオードと過電圧吸収回路１３の直列回
路に印加されるが、ダイオードの順方向降下電圧
は小さいので横サージの電圧のほとんどは過電圧
吸収回路１３の２端子間に印加される。従つて、
過電圧吸収回路１３には電話の信号では動作しな
いがサージに対して動作する特性を有する過電圧
吸収回路を用いれば、任意の線間の横サージを全
てこの過電圧吸収回路１３で吸収することができ
る。また、過電圧吸収回路１３には電圧は一方向
にのみ印加されるので単一方向性の吸収回路を用
いることもできる。ここで、過電圧吸収回路は、放電を利用する避雷器、例えば２極避雷管や
カーボン避雷器、定電圧で動作する過電圧制限素子、例えば半
導バリスタや定電圧ダイオード、スイツチング素子、例えばサイリスタやシヨ
ツクレーダイオード、などを用いて構成することができる。

第５図は、第１図の縦サージ吸収回路に本発明
の横サージ吸収回路を接続した図である。第５図
の回路では５，６，７，８又は９，１０で縦サー
ジを吸収し、過電圧吸収回路１３で横サージを吸
収する。

第６〜１５図の各回路は、過電圧吸収回路１３
の具体例で以下の特徴をもつ。

第６図は定電圧で動作する過電圧制限素子１４
とこれに直列に過電圧吸収素子１５を接続した回
路である。この回路の特徴を説明する。電話機で
使用される電圧は主として4KHzの音声信号が
重畳された約48Vの直流電圧、ベル信号に使用
される16Hzで実効値75Vの交流電圧、機器の絶
縁試験に使用される約250Vの直流電圧である。
第６図の回路はこれらの信号では動作してはなら
ずまた信号に影響を与えてもならない。過電圧制
限素子１４に約48Vの直流電圧に音声信号の振幅
を加えた電圧以上の電圧で動作するものを用いる
と、第６図の回路では過電圧吸収素子１５によら
ずでは動作せず、また過電圧制限素子１４は不
動作状態での容量は小さいので音声信号に影響を
与えない。従つて、過電圧吸収素子１５はベル信
号に影響を与えず、また直流250Vから過電圧制
限素子１４の動作電圧を引いた直流電圧で動作し
ない条件のみに注意して、できるだけ低い電圧で
動作するように回路を設計することができる。な
お、第６図の回路は極性が定つているので過電圧
制限素子１４には単一極性の素子を用いることも
可能である。

第７図は過電圧制限素子１４として双極性の過
電圧制限素子例である半導体バリスタ１６を用い
た回路例、第８図は単一極性の過電圧制限素子例
である定電圧ダイオード１７を用いた回路例であ
る。

第９図は過電圧吸収素子１５としてコンデンサ
１８と過電圧吸収素子１９の並列回路を用いたも
のである。１９としてはサイリスタ、シヨツクレ
ーダイオードなどの半導体スイツチング素子、バ
リスタ、定電圧ダイオードなど過電圧制限素子な
どが使用できる。コンデンサ１８の効果を説明す
る。横サージの立上り早さは前述のように
0.1μsec以下とかなり早いものも存在する。この
ようなサージが第９図の回路に印加された場合、
１９がサイリスタや耐圧オーバで動作するシヨツ
クレーダイオードなどサージが侵入してから動作
するまでの間に0.5〜1μsec程度の時間遅れを生ず
る過電圧吸収素子から構成されている場合には、
この遅れ時間に高電圧が発生し悪影響がある場合
がある。コンデンサ１８はその容量と線路の抵抗
の時定数によつて横サージの立上りを遅らせ、１
９の動作の時間遅れによる高電圧の発生を防止す
るものである。コンデンサ１８は16Hzのベル信号
に影響を与えない条件から3μF程度までの容量を
持つものが使用できるが、線路の抵抗は最低でも
10Ω以上と見込めるので、この時定数は数10μsec
となり、１９の動作時間遅れ最大1μsec程度を完
全に補なうことができる。また、この立上りを鈍
らせることは通話路にPNPNスイツチを用いる
装置ではPNPNスイツチのdv／dt耐量オーバに
よる誤動作を防止することにも極めて効果があ
る。第９図の回路中破線で示す２９は抵抗であ
る。サージが去つた後においてもなおコンデンサ
１８に電荷が残つている場合には次のサージ侵入
時にコンデンサ１８は動作しなくなる場合があ
る。抵抗２９はサージが去つた後において、コン
デンサ１８に残存する電荷を放電させるためのも
ので、ベル信号に影響がない高抵抗である。この
抵抗２９は雷サージが短時間に続いて侵入する場
合に特に効果がある。

第１０図は１９にシヨツクレーダイオード２０
を用いた場合の回路例である。

第１１図は１９にサイリスタを用いた過電圧吸
収回路例である。サイリスタを用いる利点はサイ
リスタはゲートに電流を流せば低い電圧で動作す
るのでサージ侵入時のみにサイリスタを駆動する
駆動回路を付加すれば、第１１図の回路では横サ
ージを過電圧制限素子１４のサージ電流通電時の
制限電圧約100Vを僅かに越える電圧に低く制限
できることにある。また、サイリスタは一方向性
素子なので過電圧吸収素子１９に適する。図にお
いて、２１はサイリスタ、２２はコンデンサ、２
３は抵抗で２２，２３によりサイリスタ２１を駆
動する。動作原理を説明する。横サージの周波数
成分は、波形をコンデンサ１８により十分に鈍ら
せた場合においても最低1KHz以上あり、ベル信
号と比べて２桁近くも高い。従つて、ベル信号に
対するコンデンサ２２の容量のインピーダンスは
サージに対する場合より最低でも２桁近く高い。
このため、ベル信号の場合はゲート・カソード間
の電圧降下は微少であるが、サージ侵入時にはサ
イリスタが動作するに十分な電圧がゲート・カソ
ード間にすみやかに印加できるようにコンデンサ
２２の容量と抵抗２３の値を選ぶことができ、そ
の場合にはベル信号に影響せずに横サージをすみ
やかに吸収することができる。また、一般のサイ
リスタは300V以上の順方向阻止電圧と逆方向耐
圧をともに容易に実現できるので、第１１図の回
路は直流250V印加の絶縁試験では動作せず試験
に支障はない。

第１２図の回路は抵抗２３を定電圧ダイオード
２４に置き換えサージ侵入時にゲート・カソード
間が一定値以上にならないようにしたものであ
る。

第１３図は過電圧吸収回路の他の実施例で、過
電圧制限素子１４とコンデンサ１８の直列回路に
並列に、過電圧制限素子１４より動作電圧が高い
過電圧吸収素子２５を接続したものである。この
回路では、過電圧制限素子１４とコンデンサ１８
の直列回路は横サージの侵入時にのみ動作し波形
の立上りを遅らせるが、その後は２５が動作を開
始しこれが主にサージを吸収する。従つて、過電
圧制限素子１４には比較的耐量の小さいものを用
いることができる。第１４，１５，１６図の各回
路は２５としてそれぞれ半導体バリスタ２６、定
電圧ダイオード２７、２極避雷管２８を用いたも
のである。

本発明は、複数の対通信線間に発生するあらゆる横サー
ジを１個の避雷器又は１個のサージ吸収回路で
吸収でき効率的、経済的である、線間に発生する横サージの波形の立上りを遅
くしたのち低い電圧ですみやかに吸収できる、電話系装置に接続しても電話の信号および絶
縁試験に対してほとんど影響がない、などの利点により、高耐圧化が難しい電子化電話
機や高dv／dt耐量化が困難なPNPN通話路スイ
ツチを用いるボタン電話機、電子交換機、集線装
置などへの適用に効果が大きい。

また、本発明のうちサージ吸収回路の説明では
主として電話系装置を対象にしたがデータ系装置
など他の装置においても考え方は同様に適用でき
る。

さらに、本発明は各対通信線毎にダイオードブ
リツジを用いるものであるが、この回路は各通信
線毎にたがいにダイオードの極性が逆極性である
一対のダイオードの片極を通信線に接続し、前記
ダイオードのもう一方の他端を同一極性ごとに一
括して接続したものであるので、この考え方は偶
数の通信線を用いる装置でなくても奇数の通信線
を用いる装置にも適用できる。一例として３本の
通信線を使用する装置の横サージ吸収回路例を第
１７図に示す。この場合には、見かけ上１と２、
１と３、及び２と３が対通信線となる。

なお、以上説明の対通信線以外に、実用上接地
線が用いられることがあるが、このようなサージ
が生じないか又は電圧の低いサージしか発生しな
い線についてはダイオードブリツジの付加を省略
し、本発明の適用から除外してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の複数の対通信線を使用する装置
の縦サージ吸収回路例を示す接続系統図、第２図
は放電を利用する避雷器を用いた場合の横サージ
発生機構を示す波形図、第３図は定電圧で動作す
る過電圧制限素子を用いた場合の横サージ発生機
構を示す波形図、第４図は本発明の実施例を示す
回路図、第５図は本発明の使用例を示す回路図、
第６〜１６図は本発明に用いる過電圧吸収回路の
具体例を示すブロツク図又は回路図、第１７図は
本発明の他の実施例を示す回路図である。１〜４……通信線、Ａ……１，L₁，２，L₂か
ら成る対通信線、Ｂ……３，L₁，４，L₂から成
る対通信線、５〜８……２端子の過電圧吸収素
子、９，１０……３端子の過電圧吸収素子、１
１，１２……整流用ダイオードブリツジ、１１―
１，２，１２―１，２……被整流波入力端子、１
１―３，４，１２―３，４……整流出力端子、１
３……過電圧吸収回路、１４……定電圧で動作す
る過電圧制限素子、１５……過電圧吸収素子、１
６……半導体バリスタ、１７……定電圧ダイオー
ド、１８……コンデンサ、１９……過電圧吸収素
子、２０……シヨツクレーダイオード、２１……
サイリスタ、２２……コンデンサ、２３……抵
抗、２４……定電圧ダイオード、２５……過電圧
吸収素子、２６……半導体バリスタ、２７……定
電圧ダイオード、２８……２極避雷管、２９……
抵抗。

Claims

【特許請求の範囲】１複数の対通信線を使用する装置において、各
対通信線に整流用ダイオードブリツジの被整流波
入力端子が接続され、各ダイオードブリツジの整
流出力端子を共通にした２端子間に過電圧吸収回
路が接続されるように構成されたことを特徴とす
る横サージ吸収回路。２定電圧で動作する過電圧制限素子と直列に過
電圧吸収素子を接続した回路を前記過電圧吸収回
路とすることを特徴とする特許請求範囲第１項に
記載の横サージ吸収回路。３定電圧で動作する過電圧制限素子と直列に少
くともコンデンサと過電圧吸収素子の並列回路を
接続した回路を前記過電圧吸収回路とすることを
特徴とする特許請求範囲第１項に記載の横サージ
吸収回路。４前記並列回路にはコンデンサに並列に接続さ
れた抵抗を含むことを特徴とする特許請求範囲第
３項記載の横サージ吸収回路。５前記コンデンサに並列に接続する前記過電圧
吸収素子としてサイリスタを用いこの駆動回路と
してアノード・ゲート間にコンデンサを接続する
とともにゲート・カソード間に抵抗又は定電圧ダ
イオードを接続し、サージが侵入したときのみ該
ゲート・カソード間に該サイリスタの駆動のため
の電圧が印加されるように前記過電圧吸収回路を
構成したことを特徴とする特許請求範囲第３項又
は第４項に記載の横サージ吸収回路。６定電圧で動作する過電圧制限素子に直列に少
くともコンデンサを接続した回路に並列に過電圧
吸収素子を接続した回路を前記過電圧吸収回路と
することを特徴とする特許請求範囲第１項に記載
の横サージ吸収回路。７前記コンデンサには並列に抵抗が接続されて
いることを特徴とする特許請求範囲第６項記載の
横サージ吸収回路。