專利名稱:電子裝置的抗過(guò)載保護(hù)電路的制作方法
本發(fā)明涉及一種由直流電壓供電的電子裝置抗過(guò)載保護(hù)電路，此裝置安裝在以數(shù)字信號(hào)形式傳輸通訊信號(hào)的用戶線的始端或終端。
由于任何一種原因流過(guò)大電流時(shí)，電子裝置就可能出現(xiàn)本發(fā)明所指的“過(guò)載”，例如用戶線上的短路即屬此種情況。凡是在信號(hào)以數(shù)字化或以脈沖形式傳輸?shù)挠芯€信號(hào)傳輸中，均需設(shè)有過(guò)載保護(hù)電路。已知的傳輸方法例如德國(guó)聯(lián)邦郵局現(xiàn)用的“PCM2-方法”，使用此種傳輸方法，公共電訊網(wǎng)中兩個(gè)空間相鄰的用戶共用一根用戶線與電話局相連。字母“PCM”在此表示公知的脈沖-編碼-調(diào)制-方法，用此方法、通訊信號(hào)以數(shù)字信號(hào)的形式傳輸。下文中將用PCM2-方法作為所有可能的傳輸方法中具有代表性的方法。在PCM2-方法中，模擬信號(hào)在電話局內(nèi)用合適的電路數(shù)字化后送到用戶線上。在用戶線的終端裝有一個(gè)具有電子線路的裝置，通過(guò)這個(gè)電路，到達(dá)的數(shù)字信號(hào)再被轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號(hào)。當(dāng)然，反方向也是適用的。為了驅(qū)動(dòng)電路的有源元件，電話局內(nèi)設(shè)有中心電源，此電源例如可以是一個(gè)提供95伏直流電壓的電源。在此電源上接有例如10個(gè)具有此電路的、結(jié)構(gòu)相同的PCM-裝置，每條用戶線從這些裝置上分別通向兩個(gè)用戶。如果這些裝置中的一個(gè)發(fā)生短路，電源就會(huì)整體斷開(kāi)，這樣不僅是有關(guān)的裝置斷開(kāi)，而且所有的其他裝置也全部斷開(kāi)。
本發(fā)明的任務(wù)在于，給出一種用于多個(gè)電子裝置與一個(gè)共用電源相連組成一個(gè)系統(tǒng)的電路，此電路可以保證，在與一個(gè)裝置相連的電路發(fā)生過(guò)載時(shí)，其他裝置不受影響。
利用在開(kāi)始時(shí)所描述的發(fā)明來(lái)解決這項(xiàng)任務(wù)的方法是，-在直流電源與用戶線之間安裝一個(gè)與歐姆電阻相串聯(lián)的有源限流組件，該組件允許通過(guò)的電流強(qiáng)度、可以按電阻上電壓降的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且，-限流組件上連接有轉(zhuǎn)換電壓發(fā)生器，通過(guò)此轉(zhuǎn)換電壓發(fā)生器，組件在用戶線過(guò)載時(shí)，可以周期地切斷和再接通，轉(zhuǎn)換的周期時(shí)間可以調(diào)整。
具有這樣的電路，用戶線的過(guò)載，例如短路，將被阻斷在此裝置中。電源電壓此時(shí)幾乎完全降落在限流組件上。中心電源及其他所有的接入裝置均可不受過(guò)載的影響。
此電路的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于使用了轉(zhuǎn)換電壓發(fā)生器。在過(guò)載時(shí)，增大的但是被限制了的電流雖不能被阻止，但是這個(gè)電流卻可以被限制在極短的時(shí)間內(nèi)。電路中的各個(gè)有源元件不會(huì)顯著地發(fā)熱，這種情況尤其對(duì)限流組件有利。這種組件優(yōu)先選用金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，即莫斯管(MOSFET)。因而不需要采取特殊的措施來(lái)散熱。通過(guò)轉(zhuǎn)換電壓發(fā)生器實(shí)現(xiàn)持續(xù)的再接通也是優(yōu)點(diǎn)之一，這樣可以使短時(shí)間的干擾不會(huì)對(duì)電路工作產(chǎn)生明顯的影響。增大電流流過(guò)的時(shí)間與沒(méi)有電流流過(guò)的時(shí)間之比，可以簡(jiǎn)單地通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)換電壓發(fā)生器的參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的選擇來(lái)加以調(diào)整。
本發(fā)明電路的設(shè)置之優(yōu)越性，由從屬權(quán)利要求
可以看出。
本發(fā)明對(duì)象的實(shí)施例如圖所示圖1以示意圖表示“局”的一部分。
圖2為本發(fā)明線路的放大圖。
圖3表示對(duì)圖2的補(bǔ)充線路。
圖4表示圖3中所繪轉(zhuǎn)換電壓發(fā)生器輸入端及輸出端的電壓曲線。
圖1中以點(diǎn)劃線表示公共通訊網(wǎng)的“局”1。這個(gè)局配有直流電源UB，此直流電源提供一個(gè)恒定的，例如95伏的直流電壓，此電壓波動(dòng)最大值為2伏。在所給結(jié)構(gòu)實(shí)例中，直流電源UB上，彼此并聯(lián)地接有8個(gè)PCM2-裝置3。從每個(gè)PCM2-裝置3引出一根用戶線ASL分別通向兩個(gè)用戶，這兩個(gè)用戶可用數(shù)字傳輸方式同時(shí)通話。
每個(gè)PCM2-裝置3都裝有例如圖2所示的電路。此電路具有一個(gè)有源的限流組件4，此組件與一個(gè)歐姆電阻R1串聯(lián)?！敖M件”一詞是為了簡(jiǎn)便而采用的。實(shí)際上它包括一整套電子電路，利用此電路可以控制限制電流。組件4通過(guò)一個(gè)由R2、R3和R4構(gòu)成的分壓器連接于直流電源UB上，分壓器與直流電源成并聯(lián)。供電電壓UB1連接于用戶線ASL上，此電壓除在電阻R1和組件4上稍有下降以外，大體相當(dāng)于直流電壓源的電壓。
轉(zhuǎn)換電壓發(fā)生器K的輸入端E1與用戶線ASL相連。另外，轉(zhuǎn)換電壓發(fā)生器K的另一個(gè)輸入端E2經(jīng)過(guò)由電阻R2、R3和R4構(gòu)成的分壓器與直流電壓源UB相連，同時(shí)，輸入端E2連接于電阻R2和R3之間。轉(zhuǎn)換電壓發(fā)生器的輸出端A與限流組件4相連接。
圖2的電路工作情況如下在無(wú)干擾的工作情況下，組件4允許電流流過(guò)。這時(shí)，供電電壓UB1除在電阻R1和組件4上稍有下降之外，與局1直流電壓源UB所提供的工作電壓大體相同。由于過(guò)載，例如短路，用戶線ASL上則有一個(gè)大電流流過(guò)組件4。在這種情況下，本電路則限制流過(guò)組件4的電流。由于伴隨出現(xiàn)組件4的發(fā)熱，所以這一過(guò)程時(shí)間不能太長(zhǎng)。對(duì)此，則由在正常工作狀態(tài)下不工作的轉(zhuǎn)換電壓發(fā)生器K來(lái)實(shí)現(xiàn)，組件4因此不受影響。在過(guò)載情況下，由于組件4的限流作用，其壓降升高，致使轉(zhuǎn)換電壓發(fā)生器K開(kāi)始工作。轉(zhuǎn)換電壓發(fā)生器K在其輸出端A提供一個(gè)轉(zhuǎn)換電壓，此電壓使組件4在過(guò)載時(shí)，周期地被截止。轉(zhuǎn)換電壓發(fā)生器的工作方式將借助圖3及圖4進(jìn)一步予以詳述。當(dāng)過(guò)載消失后，在組件4上的壓降減小，于是轉(zhuǎn)換電壓發(fā)生器K不再工作，這時(shí)電路又重新恢復(fù)正常工作。
限流組件4可以是一個(gè)雙極晶體管，也可以使用場(chǎng)效應(yīng)晶體管。不過(guò)按照?qǐng)D3的組件4最好是一個(gè)莫斯管(MOSFET)。
下面將借助圖3和圖4來(lái)描述一下本發(fā)明的電路，與圖2中相同的部份仍用相同的符號(hào)表示。
在本實(shí)施例中，限流組件4是莫斯管(MOSFET)T1，此管的主電路與一個(gè)歐姆電阻R1相串聯(lián)。電阻R1在另一邊和電阻R4一樣，與直流電源UB的同一個(gè)極相連。在莫斯管T1的漏極和直流電源UB的另一個(gè)極之間，為用戶線ASL的工作電壓UB1。在電阻R3和R4之間，接入一個(gè)運(yùn)算放大器OP1的輸入端01。運(yùn)算放大器OP1的輸出端經(jīng)過(guò)電阻R5與莫斯管T1的柵極G相連。運(yùn)算放大器OP1的第2輸入端02接在莫斯管T1與電阻R1之間的主電路上。正常狀態(tài)時(shí)，運(yùn)算放大器OP1輸入端01處的電壓高于輸入端02處的電壓，莫斯管T1因而全導(dǎo)通。
當(dāng)用戶線ASL上發(fā)生過(guò)載例如短路時(shí)，莫斯管T1則流過(guò)增大了的電流，這就導(dǎo)致電阻R1上的壓降升高，因此運(yùn)算放大器OP1的02輸入端處的電壓上升，造成其輸出電壓下降。這樣，莫斯管T1電阻增加，因而只有有限的電流能流過(guò)此莫斯管。此電流是如此之小，以致于對(duì)直流電源不能產(chǎn)生反作用。此電流例如不超過(guò)60毫安。
在高電阻情況，限流莫斯管T1發(fā)熱，它產(chǎn)生例如6瓦功率。若無(wú)附加措施，電路及其所屬裝置將會(huì)迅速發(fā)熱，這樣一來(lái)，每一個(gè)裝置都必須設(shè)有昂貴的冷卻設(shè)備。但在上述情況下，如果使用下面所描述的轉(zhuǎn)換電壓發(fā)生器K，就不必再裝冷卻器了。
轉(zhuǎn)換電壓發(fā)生器K在其輸出端A提供一個(gè)例如圖4b表示的脈沖電壓UA，在此電壓下，莫斯管T1在限流狀態(tài)持續(xù)的時(shí)間比較短。而在相對(duì)于此短時(shí)間而言的較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)莫斯管T1被截止，此時(shí)不再有電流流過(guò)莫斯管T1(可以忽略不計(jì)的泄漏電流除外)，所以該管總的來(lái)看基本上沒(méi)有被加熱。
轉(zhuǎn)換電壓發(fā)生器K包括一個(gè)運(yùn)算放大器OP2，運(yùn)算放大器的輸出端即構(gòu)成轉(zhuǎn)換電壓發(fā)生器的輸出端A。運(yùn)算放大器OP2的一個(gè)輸入端03經(jīng)過(guò)一個(gè)歐姆電阻R6連接于分壓器R2、R3、R4的電阻R2與R3之間，另一個(gè)輸入端04則經(jīng)過(guò)二極管D1與莫斯管T1的漏極D相連。此外，在運(yùn)算放大器OP2的輸入端04處接有電容器C，電容器的另一端與直流電壓源UB的一個(gè)極相連。運(yùn)算放大器OP2的輸入端04與其輸出端之間，由二極管D2與歐姆電阻R7的串聯(lián)電路，與串聯(lián)電路并聯(lián)的歐姆電阻R8彼此連接起來(lái)。上述情況下，電阻R7的數(shù)值與電阻R8相比較小。
轉(zhuǎn)換電壓發(fā)生器K經(jīng)過(guò)二極管D1接于莫斯管T1的漏極上。二極管D1在電路正常工作時(shí)是接通的，所以在轉(zhuǎn)換電壓發(fā)生器K的輸出端A為高電壓。這時(shí)，接于轉(zhuǎn)換電壓發(fā)生器K的輸出端A與莫斯管T1的控制極之間的二極管D3被截止。在此情況下，莫斯管T1可以發(fā)揮其限制電流的功能。也就是說(shuō)，它在電流全導(dǎo)通時(shí)呈低電阻，在限流運(yùn)行時(shí)呈高電阻。
當(dāng)由過(guò)載引起的莫斯管T1上壓降增加時(shí)，二極管D1截止，這時(shí)轉(zhuǎn)換電壓發(fā)生器K開(kāi)始工作，在其輸出端A處的電壓下降，并且二極管D3導(dǎo)通。這樣莫斯管T1完全截止。它按照轉(zhuǎn)換電壓發(fā)生器K輸出端的電壓UA的變化曲線(圖4b)，而在“截止”和“限流”兩種狀態(tài)之間變化。電壓UA的曲線與轉(zhuǎn)換電壓發(fā)生器K輸入端E1的電壓UC的曲線相對(duì)應(yīng)。這一曲線的產(chǎn)生情況如下只要二極管D1一導(dǎo)通，在運(yùn)算放大器OP2輸入端04處的電位就低于運(yùn)算放大器OP2輸入端03處的電位。輸入端03處的電位與在電阻R2與R3之間測(cè)得的電壓相對(duì)應(yīng)，此電壓在電路工作的任一階段中都在直流電源UB的波動(dòng)允許值范圍內(nèi)保持恒定。因此在運(yùn)算放大器OP2的輸出端為正電位時(shí)，二極管D3被截止，對(duì)莫斯管T1沒(méi)有影響。
過(guò)載時(shí)，莫斯管T1壓降增加，二極管D1因此被截止，因而轉(zhuǎn)換電壓發(fā)生器K開(kāi)始工作。在二極管D1截止后，電容器C經(jīng)過(guò)電阻R7和R8充電。電容器的電壓UC按照?qǐng)D4a上升。充電直到在運(yùn)算放大器OP2的輸入端04處的電位大于輸入端03處的電位為止。這期間，運(yùn)算放大器OP2的輸出端在t1(圖、4b)時(shí)間內(nèi)為高電位，二極管D3則一直處于截止?fàn)顟B(tài)。
當(dāng)運(yùn)算放大器OP2輸入端04的電位大于輸入端03的電位時(shí)，運(yùn)算放大器OP2翻轉(zhuǎn)，在其輸出端為低電位，二極管D3被導(dǎo)通，并且莫斯管T1被截止。電容器C此時(shí)按照?qǐng)D4a中電壓曲線，經(jīng)過(guò)電阻R8放電。在放電時(shí)間t2內(nèi)(圖、4b)，運(yùn)算放大器OP2的輸出端為低電位，并且莫斯管T1在整個(gè)期間內(nèi)處于截止?fàn)顟B(tài)。電容器C放電之后，運(yùn)算放大器OP2再次翻轉(zhuǎn)，其輸出端又為初始狀態(tài)的高電位，于是莫斯管T1重新進(jìn)入限流狀態(tài)。
時(shí)間t1及t2的關(guān)系例如可以為1∶5至1∶10，通過(guò)適當(dāng)選擇電阻R7及R8，可以容易的調(diào)整這種比例關(guān)系。電阻R7應(yīng)該比電阻R8小，以便電容器C能夠迅速地充電。由此確定較短的時(shí)間，決定了莫斯管T1的限流時(shí)間也短，因而其發(fā)熱也就相應(yīng)地較低。由于二極管D2，電容器C的放電只有經(jīng)過(guò)電阻R8才能實(shí)現(xiàn)。如果出于任何理由希望時(shí)間t1大于時(shí)間t2，那么只需要將二極管D2兩極反向就可以了。
由三個(gè)電阻R2，R3和R4構(gòu)成的“二元”分壓器，原則上也可以由兩個(gè)分開(kāi)的分壓器彼此并聯(lián)于直流電壓源UB來(lái)代替，其中一個(gè)用于運(yùn)算放大器OP1，而另一個(gè)與運(yùn)算放大器OP2相連。
權(quán)利要求
1.用于直流電源供電的電子裝置抗過(guò)載保護(hù)電路，該裝置安裝于以數(shù)字信號(hào)形式傳輸通訊信號(hào)的用戶線的始端或終端，其特征在于，-在直流電源(UB)和用戶線(ASL)之間，與歐姆電阻(R1)串聯(lián)地接入一個(gè)有源的限流組件(4)，該限流組件(4)的電流通過(guò)限度取決于電阻(R1)上壓降的大小，而且可以調(diào)節(jié)，-限流組件(4)接有一個(gè)轉(zhuǎn)換電壓發(fā)生器(K)，由于轉(zhuǎn)換電壓發(fā)生器，組件(4)在用戶線過(guò)載時(shí)，可以周期地按照一個(gè)可以調(diào)整的時(shí)間截止和導(dǎo)通。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的電路，其特征在于，限流組件(4)中裝有一個(gè)晶體管(T1)，其控制極與轉(zhuǎn)換電壓發(fā)生器(K)的輸出端經(jīng)過(guò)二極管(D3)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的電路，其特征在于，在晶體管(T1)的控制極上接有一個(gè)運(yùn)算放大器(OP1)的輸出端，運(yùn)算放大器的一個(gè)輸入端(01)接在并聯(lián)于直流電壓源(UB)的分壓器(R2，R3和R4)上，另一個(gè)輸入端(02)接在晶體管(T1)和與晶體管(T1)串聯(lián)的歐姆電阻(R1)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1至3中之一的電路，其特征在于，轉(zhuǎn)換電壓發(fā)生器(K)的一個(gè)輸入端(E1)與限流組件(4)相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1至4中之一的電路，其特征在于，轉(zhuǎn)換電壓發(fā)生器(K)具有一個(gè)運(yùn)算放大器(OP2)，運(yùn)算放大器的輸出端經(jīng)過(guò)二極管(D3)與晶體管(T1)的控制極相連，運(yùn)算放大器的一個(gè)輸入端(03)接在與直流電壓源(UB)并聯(lián)的分壓器(R2，R3，R4)上，另一個(gè)輸入端(04)經(jīng)過(guò)二極管(D1)與限流組件(4)相連，同時(shí)，也經(jīng)過(guò)電容器(C)與直流電壓源(UB)的一個(gè)極相連;并且在運(yùn)算放大器處，輸入端(04)和輸出端一方面經(jīng)過(guò)一個(gè)由二極管(D2)和電阻(R7)組成的串聯(lián)電路、另一方面經(jīng)過(guò)與串聯(lián)電路并聯(lián)的電阻(R8)，彼此連結(jié)在一起。
6.根據(jù)權(quán)利要求
2至5中之一的電路，其特征在于，晶體管(T1)是金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，即莫斯管(MOSFET)。
7.根據(jù)權(quán)利要求
2至5中之一的電路，其特征在于，晶體管(T1)是雙極晶體管。
8.根據(jù)權(quán)利要求
2至5中之一的電路，其特征在于，晶體管(T1)是場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種接于用戶線(ASL)上由直流電源供電的電子裝置的保護(hù)電路。為了限制用戶線過(guò)載時(shí)的電流而設(shè)置了一個(gè)莫斯管(T1)(MO SFET)作為限流組件。當(dāng)莫斯管(T1)處于限流狀態(tài)時(shí)，它可以借助轉(zhuǎn)換電壓發(fā)生器(K)周期地進(jìn)行截止和導(dǎo)通。電路在正常工作狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)換電壓發(fā)生器(K)不工作。通過(guò)適當(dāng)選擇轉(zhuǎn)換電壓發(fā)生器的參數(shù)，可以將莫斯管(T1)的截止時(shí)間調(diào)整得大于其限流時(shí)間，以避免莫斯管(T1)溫升過(guò)高。
文檔編號(hào)H02H3/087GK87107404SQ87107404
公開(kāi)日1988年6月29日 申請(qǐng)日期1987年12月12日
發(fā)明者馬丁·布拉姆斯 申請(qǐng)人:電纜金屬電氣有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan