專利名稱：電話用戶線接口電路的保護(hù)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電話用戶線接口電路的保護(hù)設(shè)備，在下文中將這種電話用戶線接口電路稱為SLIC。
SLIC需要在過(guò)電壓和過(guò)電流時(shí)受到保護(hù)，這是眾所周知的，在SLIC中，一般包含有各種敏感電子元件，而與SLIC相聯(lián)接的線路，由于諸如與輸電線路互相交叉，從輸電線路上感應(yīng)到交變電流，因而引起了所述的過(guò)電流、過(guò)電壓情況。理想的保護(hù)設(shè)備是當(dāng)發(fā)生所有常見(jiàn)故障時(shí)，都對(duì)SLIC提供全面的保護(hù)，并能夠適應(yīng)各種各樣的正常工作條件，例如，用戶線上所感應(yīng)到的電流很大，但尚未形成過(guò)電流;當(dāng)故障條件去掉以后，保護(hù)設(shè)備可以自動(dòng)恢復(fù)。另外，由于保護(hù)設(shè)備是需要安裝在每一條用戶線上的，因此，保護(hù)設(shè)備應(yīng)低成本和小型化，也是一個(gè)重要的商業(yè)上的要求。
已經(jīng)有人提出過(guò)多種類型的保護(hù)設(shè)備。例如早已為人所知的利用所謂熱線圈的保護(hù)器，其中電阻性的加熱線圈與用戶線相串聯(lián)，過(guò)電流所產(chǎn)生的熱量將熔斷易熔線，從而保護(hù)了連接在用戶線上的SLIC。這種保護(hù)器的缺點(diǎn)是增加了與用戶線相串聯(lián)的電阻;故障過(guò)去之后，這種保護(hù)器無(wú)法自動(dòng)恢復(fù)，而必須由人工進(jìn)行恢復(fù);另外這種保護(hù)器對(duì)故障的響應(yīng)是遲緩的，以致于串接在用戶線路之中的電池饋電電阻在一次故障事件之中必須消耗相當(dāng)顯著的功率。
為了克服上述的這些缺點(diǎn)，在Jakab的名稱為“電話用戶線電池饋電電阻設(shè)備”(1984年8月21日頒發(fā)的美國(guó)專利第4467310號(hào))中描述了一種設(shè)備，在該設(shè)備中，一種開關(guān)型正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻與電池饋電電阻相串連連接，并形成該電池饋電電阻的一部分，使該電池饋電電阻與熱敏電阻處于緊密的熱接觸狀態(tài)。雖然這種設(shè)備是有效的，但它的成本相當(dāng)高，因?yàn)?，為了提供非常精確的用戶線導(dǎo)線電阻匹配，這種設(shè)備要求使用精密匹配的熱敏電阻。
其他已知的各種保護(hù)設(shè)備，包括例如使用易熔低溫焊料橋，或者可觸發(fā)式晶閘管均包含有這樣或那樣的一些缺點(diǎn)。這些缺點(diǎn)例如已在上面簡(jiǎn)略描述的需要附加元件，額外的成本，或易受不希望的觸發(fā)的影響，這些不希望的觸發(fā)例如是由于寄生的和瞬變的用戶線電壓和電流等引起的。
為了克服這許多缺點(diǎn)，在Hung等人的名稱為“電話用戶線接口電路的保護(hù)設(shè)備”于1985年6月18日提交的第484398號(hào)加拿大專利申請(qǐng)中描述了一種保護(hù)設(shè)備。其中將用于使用戶線與SLIC相隔離目的的隔離繼電器接點(diǎn)設(shè)備在電池饋電電阻和SLIC的其余部分之間，當(dāng)發(fā)生超載的共模交流電流通過(guò)饋電電阻的事件時(shí)，通過(guò)一個(gè)檢測(cè)電路控制該隔離繼電器，從而斷開這些接點(diǎn)，此后，該檢測(cè)電路根據(jù)用戶線上的電壓對(duì)隔離繼電器進(jìn)行連續(xù)控制。然而這種設(shè)備具有某些缺點(diǎn)，即，這些過(guò)電流和過(guò)電壓的保護(hù)閾值互相之間不是充分獨(dú)立的，或者，故障的特性不夠獨(dú)立(例如一種故障條件究竟是適用于用戶線的兩根、還是一根導(dǎo)線)。因此在某些故障條件下隔離繼電器存在著振蕩的危險(xiǎn)，并且在用于常規(guī)目的的隔離繼電器工作之后有出現(xiàn)鎖定狀態(tài)的危險(xiǎn)。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的SLIC保護(hù)設(shè)備。
本發(fā)明提供一種連接到一條電話用戶線上的電話用戶線接口電路的保護(hù)設(shè)備，該設(shè)備包括開關(guān)裝置;電壓檢測(cè)裝置;電流檢測(cè)裝置;通過(guò)開關(guān)裝置連接電壓檢測(cè)裝置到用戶線和連接電流檢測(cè)裝置到用戶線的裝置，使得電壓檢測(cè)裝置響應(yīng)于用戶線上的電壓，而當(dāng)開關(guān)裝置閉合時(shí)，電流檢測(cè)裝置響應(yīng)于用戶線上的電流以及控制裝置，在正常操作情況下，它使開關(guān)裝置閉合，以及根據(jù)由電壓檢測(cè)裝置確定的用戶線上的過(guò)電壓和/或由電流檢測(cè)裝置確定的用戶線上的過(guò)電流，使開關(guān)裝置斷開。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想基于對(duì)用戶線上可能發(fā)生的過(guò)電壓或過(guò)電流(或者兩者兼有)的識(shí)別和對(duì)提供保護(hù)的需要。這種保護(hù)作用是由開關(guān)裝置的斷開實(shí)現(xiàn)的，但是這種保護(hù)也中斷了用戶線上的電流。由于這種中斷的結(jié)果，特別當(dāng)斷開一般是由SLIC的直流饋電電阻所提供的較低的用戶線終端阻抗，從而使用戶線SLIC終端呈現(xiàn)一個(gè)較高的阻抗，因此用戶線上的電壓由于故障而顯著地提高了，變成了過(guò)壓，即使在電流中斷之前⒚揮泄?。哉N刈爸枚峽?，記](méi)呱系牡繆辜觳獠歡系亟?，这庚r繆刮至絲刈爸玫畝峽刺?，磦蝤避蔑喬K竦礎(chǔ) 最好是，電壓和電流檢測(cè)裝置包括一個(gè)分別取決于用戶線上的電壓和電流的電壓產(chǎn)生裝置，控制裝置包括響應(yīng)于該電壓的積分裝置，和一個(gè)比較裝置，該比較裝置在積分裝置的輸出電壓超過(guò)預(yù)先確定的閾值時(shí)起作用，去斷開該開關(guān)裝置。在此，積分裝置包括一個(gè)電容，比較裝置包括一個(gè)響應(yīng)于給該電容充電的電壓的觸發(fā)器電路，以及控制裝置包括當(dāng)由電流檢測(cè)裝置產(chǎn)生的電壓超過(guò)某一參考電壓時(shí)，對(duì)該電容充電的裝置。
理想的方式是，開關(guān)裝置包括隔離繼電器的接點(diǎn)，該接點(diǎn)一般來(lái)說(shuō)已經(jīng)安裝在電話用戶線上;控制裝置根據(jù)隔離控制信號(hào)而斷開該開關(guān)裝置并使電容器放電。既使在因繼電器接點(diǎn)斷開使用戶線沒(méi)有適當(dāng)?shù)慕K接而出現(xiàn)過(guò)電壓的情況下，電容器放電可以避免當(dāng)隔離控制信號(hào)去掉時(shí)閉鎖狀態(tài)的發(fā)生。當(dāng)過(guò)電壓例如是由于從輸電線上的感應(yīng)引起的，則這種過(guò)電壓是容許的，結(jié)果當(dāng)繼電器的接點(diǎn)是閉合時(shí)，只產(chǎn)生一個(gè)沒(méi)有過(guò)電流的很小的用戶線電流，并且用戶線是正確端接的。
同樣，控制裝置最好是根據(jù)一個(gè)振鈴控制信號(hào)使電容器放電，以防止用戶線上過(guò)高的振鈴電壓引起開關(guān)裝置斷開。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，電壓檢測(cè)裝置僅響應(yīng)于用戶線上電壓的某一極性;當(dāng)開關(guān)裝置閉合時(shí)，電流檢測(cè)裝置僅響應(yīng)于用戶線上電流的某一極性，上述電流的該極性相應(yīng)于與上述電壓的該極性相反的用戶線上電壓。這使電壓和電流檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)上簡(jiǎn)單化和低成本，而能在用戶線上發(fā)生重大過(guò)電壓和過(guò)電流情況下，確保迅速地(在交流波形的半個(gè)周期之內(nèi))斷開開關(guān)裝置。
本發(fā)明述可以擴(kuò)大為在與SLIC相連的電話用戶線上發(fā)生過(guò)電壓和/或過(guò)電流的事故中對(duì)電話用戶線接口電路進(jìn)行保護(hù)的方法，該方法包括以下若干步驟在用戶線和SLIC之間提供開關(guān)裝置;在正常操作情況下該開關(guān)裝置是閉合的，使SLIC連接到用戶線;在開關(guān)裝置的SLIC側(cè)用戶線上檢測(cè)電流;在開關(guān)裝置的用戶線側(cè)的用戶線上檢測(cè)電壓;根據(jù)檢測(cè)的過(guò)電壓和/或過(guò)電流斷開該開關(guān)裝置。
從下面參照附圖的描述中進(jìn)一步理解本發(fā)明，附圖為

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的SLIC和保護(hù)設(shè)備的總原理方框圖;以及圖2是更為詳細(xì)地說(shuō)明圖1的設(shè)備的原理電路圖。
參照?qǐng)D1，SLIC和保護(hù)設(shè)備是連接到分別由塞尖線T和塞環(huán)線R組成的二線電話用戶線10上。電流檢測(cè)電路12連接到SLIC的兩個(gè)精密匹配的電池饋電電阻上，而電池饋電電阻又經(jīng)由隔離繼電器14的接點(diǎn)與塞尖線和塞環(huán)線相串聯(lián)連接。一般來(lái)說(shuō)隔離繼電器是用作轉(zhuǎn)換目的，并且，例如為了測(cè)試的目的使SLIC與用戶線10相隔離，它在每一種情況下都是受經(jīng)過(guò)SLIC由用戶線10連接著的電話交換機(jī)的軟件控制的。另外，根據(jù)本發(fā)明繼電器14述由控制電路16控制，該控制電路是根據(jù)在繼電器接點(diǎn)的SLIC側(cè)由電流檢測(cè)電路12檢測(cè)的用戶線上的電流和在繼電器接點(diǎn)用戶線側(cè)由電壓檢測(cè)電路18檢測(cè)的用戶線上的電壓來(lái)進(jìn)行控制的。SLIC的其余各部分在圖1中由方框20予以表示，這些其余部分可以是已知的技術(shù)內(nèi)容，與本發(fā)明無(wú)關(guān)。
參照?qǐng)D2，一般來(lái)說(shuō)圖中用戶線10和部件12到18是用圖1中使用的相同的標(biāo)號(hào)表示的，保護(hù)設(shè)備及其操作原理下面將予以更為詳細(xì)的描述。
圖2中的電流檢測(cè)電路12包括連接到精密匹配饋電電阻22的由電阻24構(gòu)成的交叉連接分壓器和電流求和直流放大器，該直流放大器由運(yùn)算放大器26，輸入電阻28，和反饋電阻29組成;運(yùn)算放大器的輸出線30上產(chǎn)生一個(gè)正比于流過(guò)饋電電阻22上的電流的電壓。電阻24的電路是已公知的，例如在Rosenbaum等人的名稱為“有源阻抗用戶線饋電電路”(1985年4月30日頒發(fā)的美國(guó)專利4，514，595號(hào))中發(fā)表。
饋電電阻22經(jīng)過(guò)隔離繼電器14的接點(diǎn)32與用戶線10的塞尖線和塞環(huán)線T和R相連接，其中隔離繼電器14述包括一個(gè)繼電器線圈34。
電壓檢測(cè)電路18包括兩個(gè)二極管36，每個(gè)二極管分別連接在塞尖線塞環(huán)線T和R與結(jié)點(diǎn)38之間，在正常狀態(tài)下，二極管極性由一個(gè)直流電壓反向偏置，通常情況下這一直流電壓施加到電話用戶線10上;還包括由電阻40和42構(gòu)成的分壓器，它被連接在結(jié)合點(diǎn)38和地之間;一個(gè)可選用的電阻44和一只二極管46，它們被串聯(lián)連接在分壓器抽頭點(diǎn)與電壓檢測(cè)電路的輸出線48之間。
控制電路16包括電容50、電壓比較器52、可控電流源54、電流吸收通道(CurrentSink)56、施密特觸發(fā)電路58、NPN緩沖晶體管60以及每個(gè)基極串聯(lián)有限流電阻(為了簡(jiǎn)明起見(jiàn)，沒(méi)有給出標(biāo)號(hào))的NPN晶體管62、64、66、68和70。另外，控制電路16包括下面將要描述的分別用于控制信號(hào)CI和RI的兩輸入端子72和74。圖2所示的虛線AB右邊的各個(gè)元件可方便地與SLIC的其他部分包括在一個(gè)或多個(gè)集成電路中(在圖2中沒(méi)有表示出)。
電容50連接在線48和地之間，因此該電容可以從電壓檢測(cè)電路18的分壓器通過(guò)可選用的電阻44(如果需要的話，通過(guò)該電阻可以增大充電時(shí)間常數(shù))和二極管46，在用戶線10中的一條或兩條線上的交流電壓的正半周期間進(jìn)行充電。比較器52的反相輸入端連接到電流檢測(cè)電路12的輸出線30上，其非反相輸入端連接到參考電壓VREF，其輸出端控制電流源54。在交流電流的負(fù)半周期間，如果通過(guò)一個(gè)或兩個(gè)饋電電阻22的峰值電流足夠地高，以致于使電流檢測(cè)電路的輸出線30上電壓超越了由參考電壓VREF所建立即過(guò)電流門限電壓，則比較器52接通電流源54，提供一個(gè)恒定電流IC到線48上，從而給電容50充電。
電流吸收通道56連接在線48和地之間，通過(guò)一個(gè)恒定電流ID為電容50提供一個(gè)緩慢的放電通路。線48還連接到施密特觸發(fā)電路58的輸入端，當(dāng)電容50被充電到一個(gè)預(yù)先確定的觸發(fā)電壓時(shí)，將該觸發(fā)器觸發(fā)，從而經(jīng)由緩沖晶體管60和作為隔離繼電器驅(qū)動(dòng)器的晶體管62激勵(lì)隔離繼電器線圈34去打開接點(diǎn)32。當(dāng)電容器50經(jīng)過(guò)元器件58、60和62放電放到低于門限電壓時(shí)，隔離繼電器34被解除激勵(lì)，使接點(diǎn)32閉合。
對(duì)于隔離繼電器的軟件控制，控制信號(hào)CI可加到端點(diǎn)72，使連接到這個(gè)端點(diǎn)的晶體管64和66導(dǎo)通。晶體管66使隔離繼電器驅(qū)動(dòng)晶體管62導(dǎo)通，如上所述從而激勵(lì)隔離繼電器線圈34，并且晶體管64使電容50放電。當(dāng)控制信號(hào)CI存在的時(shí)候電容50的放電抑制了保護(hù)設(shè)備的操作，因此，當(dāng)存在高感應(yīng)電壓時(shí)(這種高感應(yīng)電壓可能發(fā)生在用戶線10缺乏經(jīng)由SLIC的一個(gè)適當(dāng)?shù)挠脩艟€終端)，便呈現(xiàn)此種情況。這種抑制作用避免一種鎖定狀態(tài)，在鎖定狀態(tài)中，當(dāng)控制信號(hào)CI結(jié)束時(shí)，可能仍然對(duì)繼電器線圈34保持激勵(lì)。
在一種類似的方式中，利用控制信號(hào)RI使晶體管68導(dǎo)通，并使電容50放電，這個(gè)控制信號(hào)是加到端子74用以激勵(lì)振鈴繼電器驅(qū)動(dòng)器(未示出)，使將振鈴電壓送到用戶線10。另外振鈴電壓本身可使電容50充電到足以觸發(fā)施密特觸發(fā)器電路58。在保護(hù)設(shè)備已經(jīng)被觸發(fā)的情況下，則晶體管70被導(dǎo)通，將端子74的電壓嵌位至地電位，因此在這種情況下振鈴繼電器不可能被用戶線10上的過(guò)電壓而激勵(lì)，從而就不會(huì)因在用戶線10上的過(guò)電壓而損壞振鈴設(shè)備。
從上面的描述中，可以看出用戶線10上的過(guò)電壓和/或過(guò)電流將導(dǎo)致對(duì)電容50的充電，從而觸發(fā)電路58，繼之打開接點(diǎn)32，因此對(duì)于過(guò)電壓或過(guò)電流的發(fā)生，保護(hù)了SLIC。例如，在用戶線上存在一個(gè)過(guò)大的交流電流的情況下，在負(fù)半周期間使電流源54導(dǎo)通，而后對(duì)電容50充電并觸發(fā)電路58，打開接點(diǎn)32，從而中斷了電流。由于接點(diǎn)32的打開，去掉了由SLIC提供的比較低的用戶線的終端阻抗(電壓檢測(cè)電路的分壓器具有高阻抗)，使得用戶線電壓上升，并且在正半周期間，使電容50通過(guò)電壓檢測(cè)電路維持充電狀態(tài)。參考電壓VREF和施密特觸發(fā)器電路58提供的門限電壓，電壓檢測(cè)電路分壓器的分壓比，以及電容50經(jīng)由元器件46、54和56的充、放電速率都可以獨(dú)立地被確定，用于提供所希望的工作特性。具體來(lái)講，電容50一般可以約3毫秒的時(shí)間常數(shù)進(jìn)行充電并以約為200毫秒的時(shí)間常數(shù)進(jìn)行放電，避免隔離繼電器以過(guò)電壓或電流的頻率振蕩。
在用戶線10只存在過(guò)高的交流電壓而沒(méi)有過(guò)電流的情況下，電容50在正半周期間通過(guò)二極管46進(jìn)行充電，如上所述從而打開隔離繼電器的接點(diǎn)32。在重大故障的情況下，在用戶線10上同時(shí)發(fā)生過(guò)高的交流電壓和電流，這時(shí)在半周期期間將通過(guò)二極管46或電流源54對(duì)電容50充電和打開接點(diǎn)32，從而完成快速的保護(hù)。
雖然上面已經(jīng)描述了一個(gè)特定的實(shí)施例，但是不難看出上述實(shí)施例尚能作出多方面的改進(jìn)。例如，可以使用不同形式的電壓、電流檢測(cè)和觸發(fā)電路，電容50也可以用不同形式的積分器和延時(shí)電路來(lái)代替。另外，可采用上述Hung等人的專利申請(qǐng)中所述的方法，嵌位晶體管64和68可以由恒定電流吸收通道代替，并且如果需要，采用過(guò)零預(yù)測(cè)器，以便避免在繼電器接點(diǎn)發(fā)生任何跳火的可能性。此外，雖然最好使用已制備的隔離繼電器，但如果希望的話，也可以如上所述采用一個(gè)單獨(dú)的繼電器實(shí)現(xiàn)該保護(hù)的目的。
在不脫離權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)，對(duì)所描述的實(shí)施例尚可以做出許多其他的改進(jìn)、變型和修改。
權(quán)利要求
1.一種連接到電話用戶線上用于用戶電話線接口電路的保護(hù)設(shè)備，該保護(hù)設(shè)備包括開關(guān)裝置；電壓檢測(cè)裝置；電流檢測(cè)裝置；經(jīng)開關(guān)裝置將電壓檢測(cè)裝置連接到用戶線和將電流檢測(cè)裝置連接到用戶線的裝置，通過(guò)該裝置電壓檢測(cè)裝置響應(yīng)于用戶線上的電壓且當(dāng)開關(guān)裝置閉合時(shí)電流檢測(cè)裝置響應(yīng)于用戶線上的電流；和控制裝置，它在正常操作情況下閉合開關(guān)裝置，和根據(jù)電壓檢測(cè)裝置確定的用戶線上的過(guò)電壓和/或由電流檢測(cè)裝置確定的用戶線上的過(guò)電流情況，斷開該開關(guān)裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其電壓和電流檢測(cè)裝置包括分別取決于用戶線上的電壓和電流而產(chǎn)生一個(gè)電壓的裝置;該控制裝置包括響應(yīng)于該電壓的積分裝置和響應(yīng)于超過(guò)某一預(yù)先確定門限值的該積分裝置的輸出而去斷開該開關(guān)裝置的比較裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其中積分裝置包括一個(gè)電容，比較裝置包括一個(gè)響應(yīng)于一個(gè)電壓值的觸發(fā)器電路，該電壓值即是所述電容器被充電達(dá)到的電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的一種裝置，其中控制裝置包括當(dāng)電流檢測(cè)裝置產(chǎn)生的電壓超過(guò)某一參考電壓時(shí)用于給電容充電的裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4的裝置，其中控制裝置響應(yīng)于振鈴控制信號(hào)使電容進(jìn)行放電。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任何之一的裝置，其中開關(guān)裝置包括一個(gè)用于電話用戶線的隔離繼電器的接點(diǎn)，和控制裝置響應(yīng)于隔離控制信號(hào)，用于斷開該開關(guān)裝置并使電容放電。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任何之一的裝置，其中電壓檢測(cè)裝置僅僅響應(yīng)于用戶線上的一種電壓極性，電流檢測(cè)裝置僅僅響應(yīng)于當(dāng)開關(guān)裝置閉合時(shí)用戶線上的一種電流極性，上述電流的一種極性相對(duì)應(yīng)于與上述一種電壓極性相反的用戶線上電壓的極性。
8.一種針對(duì)與電話用戶線接口電路(SLIC)相連接的電話用戶線上的過(guò)電壓和/或過(guò)電流而對(duì)SLIC進(jìn)行保護(hù)的方法，該方法包括以下步驟在SLIC和用戶線之間提供一種開關(guān)裝置，在正常操作狀態(tài)下該開關(guān)裝置是閉合的，將SLIC連接到用戶線;檢測(cè)用戶線上開關(guān)裝置SLIC側(cè)的電流;檢測(cè)用戶線上開關(guān)裝置用戶線側(cè)的電壓;根據(jù)檢測(cè)到的過(guò)電流和/或過(guò)電壓斷開該開關(guān)裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中僅僅檢測(cè)第一極性的電流和與第一極性相反的第二極性的電壓。
全文摘要
電話用戶線經(jīng)由隔離繼電器的接點(diǎn)連接到SLIC上。在用戶線上發(fā)生故障的交流電相反極性的兩個(gè)半周期期間，對(duì)繼電器接點(diǎn)用戶線側(cè)的用戶線電壓和繼電器接點(diǎn)SLIC側(cè)的用戶線電流進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)過(guò)電壓和/或過(guò)電流時(shí)則斷開繼電器接點(diǎn)以保護(hù)SLIC。電流的中斷將引起用戶線上電壓升高，使在故障期間維持保護(hù)狀態(tài)。
文檔編號(hào)H02H3/06GK1030169SQ8810285
公開日1989年1月4日 申請(qǐng)日期1988年5月14日 優(yōu)先權(quán)日1987年5月15日
發(fā)明者賴恩哈德·沃納·洛殊, 史坦利·丹尼爾·羅森鮑姆 申請(qǐng)人:北方電信有限公司