專利名稱：電話保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及保護(hù)靈敏設(shè)備免于電壓和/或電流過(guò)載的電路，特別涉及到阻止這樣的過(guò)載損壞電話用戶線接口電路(SLIC)的保護(hù)電路。
在電話網(wǎng)絡(luò)中，需要保護(hù)SLIC免受電擊或電力有關(guān)的故障所產(chǎn)生的電壓或電流沖擊。電擊故障可能是由于對(duì)電話電纜直接或間接放電引起，或者由于放電到鄰近接地設(shè)施而使電勢(shì)升高(GPR)引起的。GPR可在電話中心局產(chǎn)生電壓沖擊。電力有關(guān)的故障一般產(chǎn)生于是動(dòng)力線的交叉以及相位不平衡產(chǎn)生了過(guò)度感應(yīng)的交流電流。第一級(jí)過(guò)壓保護(hù)通常安置在外部電纜進(jìn)入建筑物的部位，能通過(guò)這一級(jí)保護(hù)的電壓一般規(guī)定不超過(guò)1000伏(峰-峰值)。但是，SLIC中的集成電路(ICS)所能處理的電壓一般低于1000伏。當(dāng)SLIC中的ICs變得更精密和敏感時(shí)，有必要對(duì)SLIC中的高性能裝置提供一種更好的保護(hù)電路。還希望對(duì)所有普通故障情況下的SLIC紹供全保護(hù)的保護(hù)電路，但不干撓SLIC的正常工作。
SLIC可能發(fā)生的第二類過(guò)壓?jiǎn)栴}是對(duì)一組用戶電路的瞬時(shí)沖擊。在這樣的沖擊中，其他回流能在電池線軌上產(chǎn)生過(guò)電壓降。這個(gè)過(guò)電壓能超過(guò)用戶電路上的電池電壓100伏，結(jié)果能損壞SLIC上的所有ICs。
已提出過(guò)許多保護(hù)電路方案。例如，美國(guó)專利4661979中，使用穩(wěn)壓管(transorb)把正電流導(dǎo)入地以及吸收在齊納模塊中的負(fù)過(guò)電壓能量。這樣一個(gè)裝置對(duì)于持續(xù)時(shí)間較短的電壓脈沖是可接受的，而對(duì)于持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的電力有關(guān)的故障，例如60Hz一周能量是不可接受的。穩(wěn)壓管的另一缺點(diǎn)是裝置的動(dòng)態(tài)箝位率。當(dāng)穩(wěn)壓管開始啟動(dòng)以及脈沖電流開始增加時(shí)，穩(wěn)壓管的鉗位電壓作為脈沖電流的函數(shù)而增加。結(jié)果，峰值鉗位電壓可能處于比穩(wěn)壓管最初擊穿電壓大百分之三十的量級(jí)上。這樣的瞬時(shí)沖擊可能不會(huì)產(chǎn)生ICs電路任何的瞬時(shí)擊穿，但是仍然可能使ICs劣化。
另一種保護(hù)電路方案在固體電路I.E.E.E雜志，SC-21卷，第6期，1986年12月，947頁(yè)-955頁(yè)中說(shuō)明。該文獻(xiàn)中所述的保護(hù)電路中，用戶回路的每一話線TIP和振鈴線RING是由可控硅整流器(SCR)防護(hù)的。每一SCR的控制極通過(guò)各個(gè)二極管接到負(fù)電池電壓上并通過(guò)各個(gè)電阻接到TIP線或RING線上。如果TIP線或RING線中的任何一條線接受到一負(fù)電壓脈沖，電流開始流通各個(gè)二極管和電阻，跨在各個(gè)電阻上的電壓降足夠?qū)ㄏ嚓P(guān)的SCR。另外的二極管接到每一TIP線和RING線上，用以把正電流導(dǎo)通到地。
所述電路有許多缺點(diǎn)。假設(shè)使用具有0.6到1.0伏典型電壓降的硅二極管，在各個(gè)SCR將要導(dǎo)通之前，在TIP線或RING線上需要低于電池電壓近1.8伏的電壓。與二極管結(jié)構(gòu)有關(guān)的二極管導(dǎo)通時(shí)間，以及沖擊電流值這兩者都能在快速瞬變時(shí)對(duì)正向電壓具有顯著影響。這些因素能在普通二極管(如IN4001型)上轉(zhuǎn)變成10伏或更大些的峰壓。在各個(gè)SCR充分導(dǎo)通以前，SLIC已呈現(xiàn)出超出正常工作范圍幾十伏的電壓。所述電路還需要一個(gè)特殊的SCR，它的維持電流是在短路情況下SLIC所能傳送電流之上。而且，這個(gè)常規(guī)的SCR沒有明顯的靈活性以使它用于正電池供電電路中，此種類型電路一般在付費(fèi)電話應(yīng)用場(chǎng)合中使用。所述電路的另一缺點(diǎn)是，在瞬時(shí)沖擊加到一組線電路期間由于大的地面電流而不能解決電壓降，如上所述。
因而，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用戶線路接口電路SLIC的改進(jìn)型保護(hù)電路方案。
本發(fā)明故障保護(hù)電路的一種形式使用了電阻元件、電壓鉗位裝置和三端雙向可控硅開關(guān)裝置。電阻元件的一端聯(lián)接到被保護(hù)的接口電路上，另一端聯(lián)接到線路上。電阻元件的一端由電壓鉗位裝置鉗位到第一電壓和第二電壓之間的某電位上，第一電壓比第二電壓的電勢(shì)高。這兩個(gè)電壓通常是接口電路的兩個(gè)電源電壓。三端雙向可控硅開關(guān)裝置的控制極和第一端頭分別聯(lián)接到電阻元件的不同端，三端雙向可控硅開關(guān)裝置的第二端聯(lián)接到第二電壓上。電壓鉗位裝置在脈沖能反過(guò)來(lái)影響接口電路之前，以足夠快的動(dòng)作通過(guò)電阻元件，把沖擊傳播鉗位到第一或第二電壓上。三端雙向可控硅開關(guān)裝置以足夠快的動(dòng)作使沖擊通過(guò)電阻元件，產(chǎn)生電壓差把三端雙向可控硅開關(guān)裝置置于導(dǎo)通狀態(tài)，在沖擊反過(guò)來(lái)影響電壓鉗位裝置以前將該沖擊旁路。
電壓鉗位裝置可以是一對(duì)高速二極管。其中一個(gè)二極管延接于電阻元件一端和第一電壓之間。另一個(gè)二極管在電阻元件一端和第二電壓之間延接。三端雙向可控硅開關(guān)裝置的控制極聯(lián)接到電阻元件一端并且其第一端頭聯(lián)接到另一端。故障保護(hù)電路也可以包含與前述電阻元件串連延接并用于限定線路電流的附加電阻元件。在雙線電話用戶回路的TIP線和RING線上總需要附加電阻元件，但可以與本發(fā)明的保護(hù)電路分離，也可以包含在這種電路中。
本發(fā)明的故障保護(hù)電路的另一形式采用一對(duì)第二二極管以及用于電壓鉗位的高速二極管對(duì)。第二二極管對(duì)中的每一個(gè)與高速二極管對(duì)中的一個(gè)并聯(lián)。第二二極管對(duì)具有比高速二極管對(duì)較慢的開通時(shí)間，它們含于電路中允許使用較慢開通時(shí)間的三端雙向可控硅開關(guān)結(jié)構(gòu)。該高速二極管對(duì)產(chǎn)生與本發(fā)明第一種形式中相似的快速鉗位效應(yīng)。但是，第二二極管對(duì)對(duì)響應(yīng)慢于本發(fā)明第一形式的三端雙向可控硅開關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)償。雖然第二二極管對(duì)比該高速二極管對(duì)的反應(yīng)時(shí)間慢，但是它們比用在本發(fā)明該形式中的可控硅整流器結(jié)構(gòu)的反應(yīng)時(shí)間快。第二二極管對(duì)不得不動(dòng)作非?？煲员闼鼈?cè)跊_擊反過(guò)來(lái)影響高速二極管之前通過(guò)第一電阻元件把沖擊傳播鉗位到第一或第二電壓上。本發(fā)明這種形式中的三端雙向可控硅開關(guān)結(jié)構(gòu)只需要非?？斓膭?dòng)作以便由通過(guò)第一電阻元件的沖擊生成的電壓差把三端雙向可控硅開關(guān)置于導(dǎo)通狀態(tài)，在沖擊反過(guò)來(lái)影響第二二極管對(duì)之前將沖擊分流。故障保護(hù)電路的另一形式可利用第二電阻元件，該元件的第一端聯(lián)接到接口電路上，而第二端聯(lián)接到第一電阻元件上。該高速二極管對(duì)聯(lián)接到第二電阻元件的第一端，而第二二極管對(duì)聯(lián)接到該元件第二端，故障保護(hù)電路的這個(gè)形式也可包含用于限定線路電流的附加電阻元件。如前面討論過(guò)的。
每個(gè)高速二極管可具有約4毫微秒的典型正向恢復(fù)時(shí)間，第二對(duì)二極管的每一個(gè)可具有約1微秒的典型正向恢復(fù)時(shí)間。三端雙向可控硅開關(guān)結(jié)構(gòu)可具有標(biāo)準(zhǔn)維持電流和約5毫安的控制極觸發(fā)電流。本發(fā)明第一種形式中所用的電阻元件和本發(fā)明第二種形式中所用的電阻元件對(duì)的每一個(gè)都可具有約3歐姆的阻值。限定線路電流的附加電阻元件的阻值可在約50到200歐姆之間。
第一和第二電壓一般是接口電路所要求的電源電壓，在用戶線路接口電路(SLIC)的情況中，一般是由電池和地供給的-48伏。在SLIC情況中，聯(lián)接到保護(hù)電路的線路是電話用戶回路的話線或振鈴線。
以下將使用附圖通過(guò)兩個(gè)優(yōu)選實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明，其中

圖1表示用于防止損壞SLIC的第一個(gè)先有技術(shù)保護(hù)電路。
圖2表示用于防止SLIC損壞的第二個(gè)先有技術(shù)保護(hù)電路。
圖3表示本發(fā)明保護(hù)電路的第一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。
圖4表示與圖2相同的保護(hù)電路實(shí)施例，但使用了不同的供電電壓極性。
圖5是電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)電源沖擊后，在保護(hù)電路的第一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中三分量中的每一個(gè)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生電流電平的圖示。
圖6表示本發(fā)明保護(hù)電路的第二個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。
圖7是電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)電源沖擊后，在保護(hù)電路第二優(yōu)選實(shí)施例中四分量中的每一個(gè)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生電流電平的圖示。
圖1中表示的保護(hù)電路是美國(guó)專利NO.4，661，979的電路。該保護(hù)電路的缺點(diǎn)以前已討論過(guò)了。
圖2中表示的保護(hù)電路是前述固體電路文獻(xiàn)I.E.E.E雜志中所述電路。該文獻(xiàn)用以下方法說(shuō)明本保護(hù)電路工作。如果電擊，一動(dòng)力線路或其它高壓電源接觸迫使至TIP線上輸入10處于比電池電壓VBAT負(fù)的多的電壓，則電流就流過(guò)二極管D5和D3。當(dāng)這電流為150mA和300mA之間時(shí)，電阻R2兩端的電壓足夠觸發(fā)可控硅管PNPNI，使電流沖擊分流到地。當(dāng)通過(guò)它的電流降到125mA和250mA之間時(shí)，可控硅管PNPNI關(guān)斷，而保護(hù)電路回到靜態(tài)工作。如果TIP線輸入10上的電壓變得比地正的多的話，二極管D1把電流導(dǎo)通到地。相似的分量以相同方式作用在RING線上。二極管D5保護(hù)VBAT免于在保護(hù)電路、SLIC或電流限定電阻R1和R2之一出故障時(shí)而引起的電源短路。由于包含二極管D5，VBAT在一般條件下不再給基片加偏壓，電阻R1與二極管D5并聯(lián)用作基片偏置。F1和F2表示限制故障電流的保險(xiǎn)。
如前所述，這種先有技術(shù)的保護(hù)電路就所要求的使之接通的電壓來(lái)說(shuō)以及就快速瞬變其響應(yīng)時(shí)間來(lái)說(shuō)有一些缺點(diǎn)，例如10×100010安培波形?？煽毓韫躊NPNI直到在TIP輸入點(diǎn)10檢測(cè)的外部故障電壓低于VBAT-VD5-VD3-VBE(PNPNI)時(shí)才導(dǎo)通，這意味著，假設(shè)采用硅二極管的話，故障電壓至少比VBAT低1.8伏。二極管D3和D5的導(dǎo)通時(shí)間和動(dòng)態(tài)電抗以及PNPNI的基極-發(fā)射極結(jié)面積將對(duì)正向電壓降有明顯影響。在可控硅整流器全導(dǎo)通以前，它能容易地轉(zhuǎn)化成10伏或10伏多的峰壓，等于延遲了幾個(gè)微秒，在這期間高敏SLIC設(shè)備可能被損壞。由于要求高維持電流，可控硅管PNPNI和PNPN2需要特別設(shè)計(jì)，即，維持電流要在SLIC在短路條件下能傳送的電流以上;通常不能考慮用現(xiàn)行的可控硅管。在本電路上的其它限止是，對(duì)將線路從振鈴模式轉(zhuǎn)換到話音模模式的固體繼電器不提供過(guò)壓保護(hù)，并且不提供保護(hù)以防由大的接地返回電流產(chǎn)生的過(guò)電壓降。
圖3和圖4表示本發(fā)明保護(hù)電路的第一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。這兩個(gè)電路的區(qū)別僅在于電源反向，相應(yīng)于二極管D1，D2，D3和D4反向。VBP和VBN代表供電電壓。在圖3中GND是接地電壓，VBN為-48伏，而在圖4中GND是接地地電壓，VBP是+48伏二極管D1到D4是具有4毫微秒的標(biāo)準(zhǔn)正向恢復(fù)時(shí)間的低電流高速二極管;IN4148型二極管是滿足這個(gè)要求的一種二極管。使用了一對(duì)三端雙向可控硅開關(guān)THY1和THY2;每一三端雙向可控硅開關(guān)可以被正或負(fù)控制極電流觸發(fā)。本電路的有效工作要求，三端雙向可控硅開關(guān)THY1和THY2中的每一個(gè)具有小于1微秒數(shù)量級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)正向恢復(fù)時(shí)間，以及10毫安數(shù)量級(jí)的控制極靈敏度;這種裝置現(xiàn)在可用作現(xiàn)用元件。電阻R3和R4用于電流門限控制，每一電阻對(duì)200mA電平門限具有3歐姆的典型值。電阻R5和R6的每一個(gè)具有100歐姆典型值。如前所述，在整個(gè)二線用戶回路線上要求R5和R6提供線路供電阻抗并用于限定電流，雖然這些電阻可以不包括在本發(fā)明保護(hù)電路之中，但它們還是存在的。S1和S2均表示控制電路振鈴的繼電器。S3和S4均代表在TIP線或RING線上一旦檢測(cè)到持續(xù)電壓或電流過(guò)載時(shí)而打開的繼電器。沒有示出控制繼電器S1到S4的電路。D5是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)低電流二極管;IN4001型非常適合本申請(qǐng)。Z1是低功率穩(wěn)壓管;其設(shè)計(jì)是把電壓鉗制在靠近電池最大電壓的那點(diǎn)上。
虛線11表示受到保護(hù)的線供電驅(qū)動(dòng)器的邊界。運(yùn)算放大器12驅(qū)動(dòng)TIP線，運(yùn)算放大器13驅(qū)動(dòng)RING線。運(yùn)算放大器12和13對(duì)在其輸出上施加的任何電壓或電流變化都很敏感。作為部分保護(hù)，電阻R1和R2分別串聯(lián)地置于運(yùn)算放大器12和13的輸出端上。為了信號(hào)良好傳送，例如，限定的電壓降，一個(gè)電阻R1和R2都必須是小阻值的;這個(gè)例子中，它們?yōu)?歐姆阻值。
連接到圖3中TIP線的保護(hù)電路的工作將下面描述;連接到RING線的保護(hù)電路以相似方式工作。只要是由于電壓極性相反而產(chǎn)生的差別解釋也適用于圖4電路的工作。如果三端雙向可控硅開關(guān)THY1第一端頭15上的外電壓是高于地GND的一個(gè)二極管的正壓降的話，二極管D2作用是把電壓鉗位到地。電阻R5可為100歐標(biāo)準(zhǔn)值，電阻R3可為3歐阻值。電阻R3控制三端雙向可控硅開關(guān)的觸發(fā)門限。如果沖擊電流達(dá)到足夠在電阻R3兩端產(chǎn)生0.6伏壓降電平的話，三端雙向可控硅開關(guān)THY1將開始導(dǎo)通，并把有害的電流分流到地。在三端雙向可控硅開關(guān)被觸發(fā)的那點(diǎn)上，端頭15和地之間的電壓降是在1到3伏的數(shù)量級(jí)上，它限定流入二極管D1-D4的電流。在節(jié)點(diǎn)16的電壓降將約為高于地的一個(gè)二極管的壓降。
如果外部電壓是負(fù)極性電壓，并比電池電壓低一個(gè)二極管電壓降還多的話，二極管D1開始導(dǎo)通并把節(jié)點(diǎn)16上的運(yùn)算放大器輸出鉗位到運(yùn)算放大器電源線軌VBN上。二極管D5阻止電流流入電池電源(VBatt)，而且這種阻止作用使VBN電壓升高。一旦VBN上的過(guò)電壓上升到穩(wěn)壓管Z1的齊納電壓以上，電流就以相反的方向流過(guò)電阻R5和R3，正如正向電流脈沖的情況。保護(hù)電路的其余作用相似于前面段落所述。三端雙向可控硅開關(guān)THY1在負(fù)電流沖擊時(shí)在第一象限中被觸發(fā)，三端雙向可控硅開關(guān)的控制極17和第二端相對(duì)于第一端15為正。
典型的三端雙向可制硅開關(guān)具有每微秒20伏的非觸發(fā)門限電壓斜線額定值。該值足夠防止由于在運(yùn)算放大器上高轉(zhuǎn)換率而對(duì)三端雙向可控硅開關(guān)的誤觸發(fā)。另一方面，三端雙向可控硅開關(guān)能容易地被超過(guò)每微秒50伏的斜坡電壓觸發(fā)。這個(gè)特性作為電路優(yōu)點(diǎn)來(lái)保護(hù)快速瞬變。三端雙向可控硅開關(guān)在二極管橋路之前由一任意極性的高速斜坡電壓所觸發(fā)。這改善了快速電擊脈沖的特性，以及電極靜態(tài)放電(ESD)保護(hù)。這個(gè)設(shè)計(jì)去掉了二極管導(dǎo)通時(shí)間和穩(wěn)壓管反應(yīng)時(shí)間的有關(guān)問(wèn)題。
如所述的，二極管D5防止負(fù)沖擊電流進(jìn)入電池電源。若不存在這個(gè)阻塞二極管，從許多SLIC來(lái)的負(fù)電流會(huì)加到如此大的一個(gè)值以至于電池電源電路的保險(xiǎn)會(huì)燒掉并使線路不工作。用低功率穩(wěn)壓管Z1把脈沖鉗位以保護(hù)集成電路(ICs)免于損壞。其也用于控制電池電源上的過(guò)電壓，例如，這種電壓可能是由大的接地返回電流，或中心局電池上電感瞬變引起的過(guò)電壓。幾個(gè)歐姆量級(jí)的電阻R7用來(lái)均衡在SLIC中不同穩(wěn)壓管之中的電流。在災(zāi)難性的損壞情況下，電阻R7可作為保險(xiǎn)而提供最終的保護(hù)。這個(gè)電阻的存在阻止由于一條故障線路中的問(wèn)題而使電池電源主保險(xiǎn)動(dòng)作。
三端雙向可控硅開關(guān)具有5毫安數(shù)量級(jí)的典型的維持電流，在沖擊過(guò)后其將很難轉(zhuǎn)回到正常的阻塞狀態(tài)。這是由于，典型的SLIC能源出或吸入比三端雙向可控硅開關(guān)維持電流更多的電流。但是，當(dāng)三端雙向可控硅開關(guān)在其導(dǎo)通狀態(tài)下，在電流通路上實(shí)際有非限定電阻(僅幾歐)，其可假設(shè)為吸入或源出該電流的電流驅(qū)動(dòng)器將飽合。此飽合條件的測(cè)定相對(duì)容易，能用這樣的條件給繼電器S1和S2發(fā)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而在三端雙向可控硅開關(guān)返回到其靜態(tài)阻塞狀態(tài)的維持電流電源中產(chǎn)生一個(gè)中斷。
圖5是在圖3電路中在三個(gè)選擇點(diǎn)上電流隨時(shí)間變化的圖示。這些電流輪廓線，其為從實(shí)驗(yàn)獲得的示波器軌跡的再現(xiàn)，表示電流進(jìn)入(a)SLIC輸入端上的運(yùn)算放大器，(b)IN4148高速二極管橋路，以及(C)三端雙向可控硅開關(guān)。獲得電流輪廓線中采用一個(gè)10×100010安培測(cè)試沖擊。由于存在保護(hù)電路，進(jìn)入運(yùn)算放大器輸出端的電流限定在2安以下。圖5表示通過(guò)高速二極管電橋的電流僅在5毫微秒的時(shí)間內(nèi)上升到約8安培。在約100毫微秒以后，三端雙向可控硅開關(guān)THY1開始導(dǎo)通，進(jìn)入高速二極管橋路的電流則開始減小。
本發(fā)明保護(hù)電路的第二個(gè)優(yōu)選實(shí)施例由圖6和圖7表示。圖6是電路圖，圖7是在圖6電路的選擇點(diǎn)上獲得的四個(gè)電流對(duì)時(shí)間的圖形說(shuō)明。第二個(gè)實(shí)施例不同于第一個(gè)實(shí)施例之點(diǎn)在于包含四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)低壓二極管D6、D7、D8和D9以及二個(gè)附加電阻R8和R9組成的二極管橋路。二極管6-9中的每一個(gè)都具有足夠高的反向擊穿電壓以承受最大電池電壓(-48伏)。它們還具有一微秒數(shù)量級(jí)的典型的正向恢復(fù)時(shí)間。適于本目的一種二極管型號(hào)是IN4001型。
假設(shè)在圖6的TIP線上有負(fù)壓沖擊，第二個(gè)實(shí)施例按以下方式工作。最初，在SLIC電路輸出端20的電壓由二極管D1鉗位到比電池電壓低約一個(gè)二極管壓降，即-48.6伏。隨著流過(guò)二極管的電流的增加，跨在每一電阻R5、R3和R8上的電壓差增長(zhǎng)?？缭陔娮鑂8上的電壓差迫使二極管D5導(dǎo)通。二極管D6的響應(yīng)時(shí)間明顯慢于二極管D1的4毫微秒，但足夠在高電流毀壞它以前能迅速地對(duì)二極管D1提供卸載。如果二極管D6要避免毀壞，它本身也需要高電流卸載，而三端雙向可控硅開關(guān)提供此卸載。二極管D6的存在就允許使用比在第一實(shí)施例中所使用的三端雙向可控硅開關(guān)的響應(yīng)慢的多因而更經(jīng)濟(jì)的三端雙向可控硅開關(guān);在第二個(gè)實(shí)施例中，三端雙向可控硅開關(guān)THY1響應(yīng)時(shí)間可以是幾個(gè)毫微秒高。如第一實(shí)施例，三端雙向可控硅開關(guān)THY1被電阻R3上生成的電壓差打開。TIP線輸入端的正電壓產(chǎn)生相應(yīng)的作用。這種情況中，二極管D2最初把正電壓鉗到到地電壓，然后，流過(guò)電阻R8的電流使二極管D7開始導(dǎo)通，接著，三端雙向可控硅開關(guān)THY1由流過(guò)電阻R3的電流觸發(fā)。保護(hù)電路包含相應(yīng)的用于在RING線輸入上處理負(fù)或正電壓沖擊的一組元件。
電容C1的存在改善了三端雙向可控硅開關(guān)高速?zèng)_擊性能。C1是通常用作退耦型式的電容，具有0.1微法數(shù)量級(jí)的值;它對(duì)高速脈沖提供有效的接地。本電路方案由于生成的電流(c)(dv/dt)將確保三端雙向可控硅開關(guān)將對(duì)一定值之上的斜坡電壓導(dǎo)通。
在圖3、4和5的實(shí)施例中，示出一對(duì)雙極齊納二極管Z2和Z3。Z2位于TIP線和地之間，Z3位于RING線和地之間，每當(dāng)加在它上面的電壓差超過(guò)約為250伏時(shí)，即，TIP線或RING線超過(guò)250伏或-250伏時(shí)，Z2和Z3就導(dǎo)通。固態(tài)繼電器S1和S2能交替地把SLIC或電話振鈴電路連接到TIP線和RING線上。Z2和Z3的作用是保護(hù)固態(tài)繼電器。當(dāng)在TIP線或振鈴線上產(chǎn)生電壓沖擊時(shí)，Z2和Z3分別瞬時(shí)將電壓鉗位到小于250伏，直到三端雙向可控硅開關(guān)THY1或THY2分別導(dǎo)通以把沖擊短路到地為止。因此，Z2和Z3對(duì)固態(tài)繼電器保護(hù)作用點(diǎn)二極管電橋?qū)LIC所起的作用相似。
一旦TIP線或RING線路上的沖擊被短路，三端雙向可控硅開關(guān)THY1或THY2能用幾種方式之一復(fù)位。SLIC可被編程以檢測(cè)在三端雙向可控硅開關(guān)短路期間，什么時(shí)候驅(qū)動(dòng)器被飽合，并瞬時(shí)打開繼電器S1和S2以除去線路電流從而把三端雙向可控硅開關(guān)復(fù)位。另外，三端雙向可控硅開關(guān)THY1和THY2能設(shè)計(jì)為高維持電流，當(dāng)故障電流降到三端雙向可控硅開關(guān)的維持電流以下時(shí)，這樣的三端雙向可控硅開關(guān)將自動(dòng)關(guān)閉。在脈沖以及振鈴電流降到維持電流以下以后，三端雙向可控硅開關(guān)也將關(guān)閉。它將發(fā)生在振鈴電流零交叉期間。
已述的保護(hù)電路可以集成為單片硅器件。
權(quán)利要求
1.一種置于線路(TIP)和接口電路(11)之間的故障保護(hù)電路，用于阻止線路(TIP)上的電壓或電流沖擊反過(guò)來(lái)影響接口電路(11)，該故障保護(hù)電路包括(a)一個(gè)電阻元件(R3)，它的一端聯(lián)接到接口電路(11)上，而另一端聯(lián)接到線路(TIP)上；(b)一個(gè)電壓鉗位裝置(D1，D2)，用于把電阻元件(R3)的一端鉗位到第一電壓和第二電壓之間的某一電壓上，第一電壓處于比第二電壓較高的電位上；以及，(c)具有第一(15)和第二端頭以及控制極(17)的三端雙向可控硅開關(guān)裝置(THY1)，第一端頭(15)和控制極(17)的每一個(gè)都聯(lián)接到電阻元件(R3)的不同端點(diǎn)上，第二端頭固定在第二電壓上；從而，電壓鉗位裝置(D1，D2)以足夠快地動(dòng)作，在脈沖能反過(guò)來(lái)影響接口電路(11)以前，把通過(guò)電阻元件傳播的沖擊鉗位到第一或第二電壓上，而且以此，三端雙向可控硅開關(guān)裝置(THY1)足夠快地動(dòng)作，以便沖擊流過(guò)電阻元件(R3)的通道生成的電壓差在沖擊返過(guò)來(lái)影響電壓鉗位裝置(D1，D2)以前把三端雙向可控硅開關(guān)裝置(THY1)置于沖擊短路的導(dǎo)通狀態(tài)。
2.一種置于線路(TIP)和接口電路(11)之間的故障保護(hù)電路，用于防止線路(TIP)上的電壓或電流沖擊反過(guò)來(lái)影響接口電路(11)，該故障保護(hù)電路包括(a)第一電阻元件(R3)，電阻元件(R3)的一端聯(lián)接到接口電路(11)而另一端聯(lián)接到線路(TIP)上;(b)一對(duì)高速二極管(D1，D2)，二極管之一(D1)聯(lián)接在第一電阻元件(R3)的一端和第一電壓之間，另一個(gè)二極管(D2)聯(lián)接在第一氣阻元件(R3)的一端和第二電壓之間，第一電壓處于比第二電壓更高的電位上，高速二極管對(duì)(D1，D2)適用于把電阻元件的一端鉗位到第一和第二電壓之間的某一電壓上;以及(c)具有第一端(15)和第二端以及控制極(17)的三端雙向可控硅開關(guān)結(jié)構(gòu)(THY1)，控制極(17)聯(lián)接到第一電阻元件(R3)的一端，而第一端頭(15)聯(lián)接到電阻元件(R3)的另一端，三端雙向可控硅開關(guān)結(jié)構(gòu)的第二端頭固定在第二電壓上;從而，高速二極管(D1，D2)對(duì)以足夠快的動(dòng)作，在脈沖反過(guò)來(lái)影響接口電路(11)以前，把通過(guò)第一電阻元件(R3)傳播的沖擊鉗位到第一或第二電壓上，而且以此，三端雙向可控硅開關(guān)結(jié)構(gòu)(THY1)以足夠快的動(dòng)作，使脈沖反過(guò)來(lái)影響高速二極管對(duì)(D1D2)以前，沖擊在第一電阻元件(R3)上生成的電壓差把三端雙向可控硅開關(guān)結(jié)構(gòu)(THY1)置于短路沖擊的導(dǎo)通狀態(tài)。
3.一種置于線路(TIP)和接口電路(11)之間的故障保護(hù)電路，用于防止線路(TIP)上的電壓或電流脈沖反過(guò)來(lái)影響接口電路(11)，該故障保護(hù)電路包括(a)第一電阻元件(R3)，電阻元件(R3)的一端聯(lián)接到接口電路(11)，而另一端聯(lián)接到線路(TIP)上;(b)一對(duì)高速二極管(P1，D2)，高速二極管之一(D1)聯(lián)接到第一電阻元件(R3)的一端和第一電壓之間，另一高速二極管(D2)聯(lián)接在電阻元件(R3)的一端和第二電壓之間，第一電壓處于比第二電壓較高的電位上，高速二極管對(duì)(D1，D2)適用于把第一電阻元件(R3)的一端鉗位到第一和第二電壓之間的某一電壓上;(c)一對(duì)第二二極管(D6，D7)，第二二極管之一(D6)聯(lián)接在第一電阻元件(R3)的一端和第一電壓之間，另一個(gè)第二二極管(D7)聯(lián)接在第一電阻元件(R3)的一端和第二電壓之間，第二二極管對(duì)(D6，D7)適用于把第一電阻元件(R3)的一端鉗位到第一和第二電壓之間的某電壓上;以及，(d)具有第一端頭(15)和第二端頭以及控制極(17)的三端雙向可控硅開關(guān)結(jié)構(gòu)(THY1)，控制極(17)聯(lián)接到第一電阻元件(R3)的一端，而第一端頭(15)聯(lián)接到元件(R3)的另一端，第二端頭固定在第二電壓上，以此，高速二極管對(duì)(D1，D3)以足夠快的動(dòng)作，在這樣的沖擊反過(guò)來(lái)影響接口電路(11)以前，把通過(guò)第一電阻元件(R3)傳播的沖擊鉗位到第一或第二電壓上，從而，第二二極管對(duì)(D6，D7)以足夠快的動(dòng)作，在沖擊反過(guò)程影響高速二極管對(duì)(D1，D2)以前把脈沖鉗位到第一或第二電壓上，而且以此，三端雙向可控硅開關(guān)結(jié)構(gòu)(THY1)以足夠快的動(dòng)作，使得第一電阻元件(R3)上由沖擊生成的電壓差在脈沖反過(guò)來(lái)影響第二二極管對(duì)(D6，D7)以前，把三端雙向可控硅開關(guān)結(jié)構(gòu)(THY1)置于短路沖擊的導(dǎo)通狀態(tài)。
4.如權(quán)利要求3中的故障保護(hù)電路，還包括串聯(lián)放置在接口電路(11)和第一電阻元件(R3)之間的第二電阻元件(R8)，其中高速二極管對(duì)(D1，D2)聯(lián)接到和接口電路(11)連接的第二電阻元件(R8)的一端，而且其中第二二極管對(duì)(D6，D7)聯(lián)接到第二電阻元件(R8)的另一端。
5.如權(quán)利要求1中的故障保護(hù)電路，還包括串接在電阻元件(R3)和線路(TIP)之間的附加電阻元件(R5)。
6.如權(quán)利要求2，3或4中的故障保護(hù)電路，其中，每一高速二極管都具有約4毫微秒的典型正向恢復(fù)時(shí)間。
7.如權(quán)利要求3或4中的故障保護(hù)電路，其中，第二二極管對(duì)中的每一個(gè)都具有約1微秒的典型正向恢復(fù)時(shí)間。
8.如權(quán)利要求2，3或4中的故障保護(hù)電路，其中，三端雙向可控硅結(jié)構(gòu)(THY1)是具有典型的維持電流和約5毫安的控制極觸發(fā)電流，以及約100毫微秒典型正向恢復(fù)時(shí)間的三端雙向可控硅開關(guān)。
9.如權(quán)利要求2，3或4中的故障保護(hù)電路，其中，第一電阻元件(R3)是有約3歐姆阻值的電阻。
10.如權(quán)利要求2或3中的故障保護(hù)電路，還包括串聯(lián)放置在第一電阻元件(R3)和線路(TIP)之間的附加電阻元件(R5)，其中附加電阻元件(R5)具有約50-200歐姆之間的阻值。
11.如權(quán)利要求4中的故障保護(hù)電路，其中每一個(gè)第一和第二電阻元件(R3，R8)都具有約3歐姆阻值的電阻。
12.如權(quán)利要求1、2或3中的故障保護(hù)電路，其中，第一電壓一般是-48伏，而第二電壓一般是零伏，其中線路是從電話機(jī)延接到交換臺(tái)的一對(duì)線的話路線或者振鈴線，而且其中接口電路是在交換臺(tái)的電路。
13.如權(quán)利要求1中的故障保護(hù)電路，其中，電壓鉗位裝置是雙極齊納二極管裝置(Z2，Z3)，而且其中，接口電路是用于在線路上產(chǎn)生交流電流去驅(qū)動(dòng)在電話上的振鈴電路的振鈴信號(hào)電路。
14.如權(quán)利要求13中的故障保護(hù)電路，其中，雙極齊納二極管裝置由一對(duì)齊納二極管組成，每一齊納二極管的陽(yáng)極聯(lián)接到另一管的陽(yáng)極上。
15.如權(quán)利要求13中的故障保護(hù)電路，其中第一電壓約等于+250伏而第二電壓約等于-250伏。
全文摘要
保護(hù)高敏電話設(shè)備免受TIP或RING線的電壓或電流過(guò)載的電路，包括串聯(lián)置于線路上電阻，及由電阻的壓差觸發(fā)的三端雙向可控硅開關(guān)(triac)。一對(duì)快速二極管置于鄰近電話設(shè)備的線路上，瞬時(shí)把線路電壓鉗位到地與設(shè)備電源電壓之間的某點(diǎn)。電壓的瞬時(shí)鉗位生成觸發(fā)triac的電阻壓差?？焖俣O管能接通電流一個(gè)時(shí)間，足夠使triac把電流短接到地。保護(hù)電路的增強(qiáng)形式包括與快速二極管對(duì)并聯(lián)的第二對(duì)二極管，且置于快速二極管對(duì)和triac之間的線路上。含有第二二極管對(duì)使電路可采用較慢導(dǎo)通時(shí)間和較高通態(tài)電壓的triac。
文檔編號(hào)H04M19/00GK1043417SQ8910307
公開日1990年6月27日 申請(qǐng)日期1989年5月8日 優(yōu)先權(quán)日1988年12月8日
發(fā)明者熊恩泰, 唐納德·斯科特·麥金 申請(qǐng)人:北方電信有限公司