(57)【要約】【課題】安全性に優れた電話機インターフェース保護回路を提供する。【解決手段】本発明の電話機インターフェース保護回路（１０）は、サージ電圧を被保護回路（４０）の耐電圧以下に制限する電圧制限素子（ＺＮＲ）と、被保護回路（４０）への過電流の流入を制限する正特性感温抵抗素子（ＰＴＣ）を含む。電圧制限素子（ＺＮＲ）と正特性感温抵抗素子（ＰＴＣ）は熱結合されており、加入者線（Ｌ１，Ｌ２）から継続的に過電流が供給される場合には、正特性感温抵抗素子（ＰＴＣ）は、感応電流以下の領域においても、電圧制限素子（ＺＮＲ）の端子電圧が閾値電圧以上になるときに電圧制限素子（ＺＮＲ）から放出される熱量を受け取り、キュリー点を遷移させ、確実に加入者線（Ｌ１，Ｌ２）と被保護回路（４０）を遮断する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一過性の過電圧を被保護回路の耐電圧以下に制限する電圧制限素子と、前記被保護回路への過電流の流入を制限する正特性感温抵抗素子を含み、前記電圧制限素子と前記正特性感温抵抗素子は熱結合されている、過電圧過電流保護回路。
【請求項２】
前記電圧制限素子と前記正特性感温抵抗素子は熱結合された状態でパッケージ化されている、請求項１に記載の過電圧過電流保護回路。
【請求項３】
前記電圧制限素子はバリスタ素子であり、前記正特性感温抵抗素子はＰＴＣサーミスタである、請求項１又は請求項２に記載の過電圧過電流保護回路。
【請求項４】
電話機の被保護回路と加入者線とのインターフェースに設置される保護回路であって、サージ電圧を前記被保護回路の耐電圧以下に制限する電圧制限素子と、前記被保護回路への過電流の流入を制限する正特性感温抵抗素子を含み、前記電圧制限素子と前記正特性感温抵抗素子は熱結合されている、電話機インターフェース保護回路。
【請求項５】
前記電圧制限素子はバリスタ素子であり、前記正特性感温抵抗素子はＰＴＣサーミスタである、請求項４に記載の電話機インターフェース保護回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はサージ電圧などの一過性の過電圧や、商用電源線と加入者線との混触などにより継続的に流入する過電流から電子機器を保護するための保護回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空中懸架される加入者線には、落雷に伴う一過性の誘導雷が伝播したり、或いは商用電力線との混触（電絡）によってある程度の長時間にわたって継続的に過電流が流れる可能性があるため、電話機と加入者線とのインターフェースには保護回路が設けられている。このようなインターフェース保護回路では雷サージ対策として、バリスタ素子などの電圧制限素子を２本の加入者線間に接続する構成や、加入者線とアース間に同素子を接続する構成などが知られている。バリスタ電圧を超える一過性のサージ電圧が加入者線に印加されると、バリスタ素子が導通モードに遷移することによりサージ電圧を吸収し、電話機内の通信回路を保護する。
【０００３】
一方、加入者線と商用電力線の混触による電話機の発熱・発火対策として、ＰＴＣサーミスタ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ）などの電流制限素子を加入者線と電話機とのインターフェースに介挿する構成も知られている。ある程度の時間にわたって継続的に過電流がＰＴＣサーミスタに流入すると、素子温度の昇温に伴いインターフェースの入力インピーダンスが増大するため、電話機内部への過電流の流入を抑制できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような電話機インターフェース保護回路に要求される能力として、雷サージ対策においてはサージ電圧に耐える必要がある一方で、商用電力線との混触対策においては機器の発火・発熱を抑える必要があり、これら相反する条件を満たすには、電圧制限素子と電流制限素子の選定範囲は極めて狭く、設計の自由度が低いという問題が生じていた。
【０００５】
そこで、本発明はこのような問題を解決し、一過性の過電圧や継続的な過電流が電子機器に供給された場合に電子機器を安全に保護するための過電圧過電流保護回路を提案することを課題とする。
【０００６】
また、本発明はサージ電圧や継続的な過電流が電話機に供給された場合に電話機を安全に保護するためのインターフェース保護回路を提案することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の過電圧過電流保護回路は、一過性の過電圧を被保護回路の耐電圧以下に制限する電圧制限素子と、被保護回路への過電流の流入を制限する正特性感温抵抗素子を含み、電圧制限素子と正特性感温抵抗素子は熱結合されている。
【０００８】
一過性の過電圧は電圧制限素子によって吸収することができ、継続的に供給される過電流は正特性感温抵抗素子の発熱作用によるＰＴＣ効果によって遮断することができる。特に、電圧制限素子と正特性感温抵抗素子は熱結合されているため、被保護回路へ過電流が供給された場合には、正特性感温抵抗素子は自己発熱に加えて、電圧制限素子からの熱量の供給を受けて確実に回路を遮断することができる。
【０００９】
電圧制限素子と正特性感温抵抗素子を熱結合した状態でパッケージ化すれば、低コストかつ高信頼性の過電圧過電流保護回路を提供できる。
【００１０】
本発明の電話機インターフェース保護回路は、電話機の被保護回路と加入者線とのインターフェースに設置される保護回路であって、サージ電圧を被保護回路の耐電圧以下に制限する電圧制限素子と、被保護回路への過電流の流入を制限する正特性感温抵抗素子を含み、電圧制限素子と正特性感温抵抗素子は熱結合されている。
【００１１】
サージ電圧は電圧制限素子（サージ吸収素子）によって吸収することができ、継続的に供給される過電流は正特性感温抵抗素子の発熱作用によるＰＴＣ効果によって遮断することができる。特に、電圧制限素子と正特性感温抵抗素子は熱結合されているため、加入者線から電話機に過電流が供給された場合には、正特性感温抵抗素子は自己発熱に加えて、所定の閾値電圧以上において電圧制限素子からの熱量の供給を受けてキュリー点が下がり、確実に回路を遮断することができる。
【００１２】
電圧制限素子としては、バリスタ素子が好適であり、正特性感温抵抗素子としては、ＰＴＣサーミスタが好適である。バリスタ素子は発熱量が大きいため、ＰＴＣサーミスタへ効率よく熱伝達できる。さらに、これらの素子は安価であるから、高信頼性の保護回路を低コストで実現できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、各図を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。
図１は電話機と加入者線のインターフェース保護回路を中心とする回路構成図である。同図に示すように、電話機５０の内部には、加入者線Ｌ１，Ｌ２と被保護回路４０との接点にインターフェース保護回路（過電圧過電流保護回路）１０が設置されている。被保護回路４０は、ＩＣチップ等で構成される信号処理回路３０と、加入者線Ｌ１，Ｌ２を流れる信号を整流して信号処理回路３０へ供給するためのダイオードブリッジ２０と、着呼時にスピーカを駆動して呼び出し音を発生させるためのリンガー回路１５を含んでいる。ダイオードブリッジ２０は４つのダイオード素子Ｄ１〜Ｄ４を含んで構成される整流回路である。リレーＬはダイオードブリッジ２０と信号処理回路３０との間の開閉制御を行うためのスイッチであり、オンフックのときにはダイオードブリッジ２０と信号処理回路３０との間を「開状態」にし、オフフックのときにはダイオードブリッジ２０と信号処理回路３０との間を「閉状態」にする。ここでは、オンフックの状態を示しており、リレーＬは「開状態」にある。
【００１４】
電話機インターフェース保護回路１０は、一過性の過電圧を被保護回路４０の耐電圧以下に制限する電圧制限素子ＺＮＲと、被保護回路４０への過電流の流入を制限する正特性感温抵抗素子ＰＴＣを含んで構成されている。電圧制限素子ＺＮＲと正特性感温抵抗素子ＰＴＣは熱結合されており、電圧制限素子ＺＮＲの発熱を効率よく正特性感温抵抗素子ＰＴＣに伝達できるように構成されている。加入者線Ｌ１，Ｌ２を介して電話機５０のインターフェースに入力される一過性の過電圧としては、サージ電圧などの瞬間的な高電圧パルスが考えられる。電圧制限素子ＺＮＲは加入者線Ｌ１，Ｌ２の間に接続されており、これら両線間のサージ吸収を行う。また、加入者線Ｌ１，Ｌ２を介して電話機５０のインターフェースに継続的な過電流が供給される要因としては、天災若しくは事故などによって、加入者線と商用電力線とが混触する場合等が考えられる。正特性感温抵抗素子ＰＴＣは加入者線Ｌ２に対して直列に接続されており、自己発熱によるＰＴＣ特性を利用して過電流を遮断するのは勿論のこと、ＰＴＣサーミスタの感応電流以下の領域においても、電圧制限素子ＺＮＲの端子電圧が閾値電圧以上になるときに電圧制限素子ＺＮＲから発生する熱量を受け取り、キュリー点を低温側に強制的に遷移させることによって、過電流を遮断する。
【００１５】
電圧制限素子ＺＮＲとしては、所定の閾値電圧以上で導通することにより一過性の過電圧を吸収して被保護回路４０を保護する特性を備えた素子ならば特に限定されるものではないが、導通モードにおける消費電力（自己発熱量）の大きい素子が望ましい。このような素子として、例えば、バリスタ素子（非直線性抵抗素子）を用いることができる。特に、サージ吸収性能においては、ＺｎＯ系バリスタ素子が好適である。一方、正特性感温抵抗素子ＰＴＣとしては、素子温度の昇温に伴い抵抗値が増大するＰＴＣ特性を備えた素子ならば特に限定されるものではないが、ポジスタ（登録商標）などのＰＴＣサーミスタが好適である。
【００１６】
オンフックの状態では、リレーＬは「開状態」にあるため、リレーＬが「閉状態」のときと比較すると、加入者線Ｌ１，Ｌ２からみた電話機５０の負荷インピーダンスは大きい。従って、加入者線Ｌ１，Ｌ２を介して電話機５０へ継続的に過電流が流入する場合には、特に、オンフックの状態において、被保護回路４０の発熱、発火を回避する必要がある。オンフックの状態で、電圧制限素子ＺＮＲのバリスタ電圧を越える過電流が継続的に電話機インターフェース保護回路１０へ流入すると、電圧制限素子ＺＮＲは導通モードに遷移し、端子電圧をクランプして過電流を消費し始める。正特性感温抵抗素子ＰＴＣにおいても過電流の消費が行われ、自己発熱作用によって素子温度が昇温するが、電圧制限素子ＺＮＲと正特性感温抵抗素子ＰＴＣは熱結合されているため、正特性感温抵抗素子ＰＴＣは自己発熱に加えて、所定の閾値電圧以上において電圧制限素子ＺＮＲから放出される熱量の供給を受けてさらに素子温度を昇温させる。
【００１７】
正特性感温抵抗素子ＰＴＣとしては、例えば、チタン酸バリウムを主成分とする半導体セラミックスなどから構成されており、強誘電体から常誘電体へ相転移を起こすキュリー点近傍でＰＴＣ特性を発揮し、抵抗値が対数的（数百倍〜数千倍）に増加することが知られている。電圧制限素子ＺＮＲとしてバリスタ素子を用いると、バリスタ素子の発熱量は大きいため、正特性感温抵抗素子ＰＴＣへ効率よく熱伝達できる。電話機インターフェース保護回路１０へ継続的に過電流が供給された場合に、正特性感温抵抗素子ＰＴＣは、感応電流以上の領域においては、ジュール熱による自己発熱によって加入者線Ｌ１，Ｌ２と被保護回路４０とを遮断するが、感応電流以下の領域においても、導通モードに遷移した電圧制限素子ＺＮＲから熱量の供給を受けることにより、キュリー点を強制的に下げ、加入者線Ｌ１，Ｌ２と被保護回路４０とを確実かつ安全に遮断することが可能となる。
【００１８】
尚、加入者線Ｌ１，Ｌ２から電話機インターフェース保護回路１０への過電流の供給が停止し、正特性感温抵抗素子ＰＴＣの素子温度がキュリー点以下までに降温すると、低抵抗に自己復帰するため、リセッタブルヒューズとして繰り返し利用が可能である。
【００１９】
電圧制限素子ＺＮＲの回路接続形態として、図１に示す接続形態に限らず、例えば、加入者線Ｌ１とアースとの間、加入者線Ｌ２とアースとの間でもよい。また、電圧制限素子ＺＮＲを複数設置する場合には、正特性感温抵抗素子ＰＴＣは複数の電圧制限素子ＺＮＲと熱結合するように構成してもよい。
【００２０】
図２は電圧制限素子ＺＮＲと正特性感温抵抗素子ＰＴＣとの位置関係を示す図である。同図に示すように、電圧制限素子ＺＮＲと正特性感温抵抗素子ＰＴＣは回路基板５１上において極めて近接して配置されており、電圧制限素子ＺＮＲから放出される熱量を効率よく正特性感温抵抗素子ＰＴＣに伝達できるように構成されている。これら両素子を熱結合させるには、空間的に近接した位置に配置するか、若しくは両素子を接触させるのが簡便な手法であるが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、両素子の間に熱抵抗の少ない熱伝導材質を介在させて熱結合させてもよい。さらに、両素子を接触若しくは近接させた状態で、熱結合材質で両素子を囲繞してもよい。
【００２１】
図３は過電圧過電流保護素子６０の構成図を示している。上述の説明においては、電話機インターフェース保護回路１０として、電圧制限素子ＺＮＲと正特性感温抵抗素子ＰＴＣを熱結合させる構成を例示したが、本発明はこれに限られるものではなく、あらゆる電子機器を外来サージなどから保護するための過電圧過電流保護回路として利用することが可能である。過電圧過電流保護素子６０は上述の電圧制限素子ＺＮＲと正特性感温抵抗素子ＰＴＣを熱結合させた状態でパッケージ化した構成を備えている。ここで、Ｔ１〜Ｔ４はこれら両素子の入出力端子を示しているが、端子Ｔ１又は端子Ｔ２と、端子Ｔ３又は端子Ｔ４を接続させて共通端子として用いることにより、三端子素子として利用することも可能である。
【００２２】
尚、電圧制限素子ＺＮＲのジュール熱が正特性感温抵抗素子ＰＴＣへ熱伝達されるには、電圧制限素子ＺＮＲへ継続的に過電流が供給される必要があるため、サージ電圧のような一過性の過電圧が電圧制限素子ＺＮＲに印加されても、電圧制限素子ＺＮＲから放出された熱量が正特性感温抵抗素子ＰＴＣに伝達して回路を遮断するという不都合は生じない。
【００２３】
以上、説明したように本実施形態によれば、電話機インターフェース保護回路として従来から使用されてきた電圧制限素子と正特性感温抵抗素子を熱結合させるだけで十分な過電流遮断効果が得られるため、サイダック（登録商標）のような高価な素子を用いる必要がなく、極めて低コストかつ高信頼性のインターフェース保護回路を提供できる。
【００２４】
また、従来では過電流を遮断するための電流制限素子として、ＰＴＣサーミスタを用いていたが、ＰＴＣサーミスタでは所望のキュリー点を得るために材料組成を微調整する必要があり、ＰＴＣ特性にバラツキが生じ易かった。このため、従来では電話機が正常動作している場合でもＰＴＣサーミスタが回路を遮断するという不都合が生じる可能性を有していた。これに対し、本実施形態によれば、正特性感温抵抗素子ＰＴＣは電圧制限素子ＺＮＲと熱結合しているため、通常使用の上限値に対してやや大きめの定格電流を有する正特性感温抵抗素子ＰＴＣを採用することができ、正特性感温抵抗素子ＰＴＣのＰＴＣ特性に多少のバラツキがあっても問題とならない。
【００２５】
また、サージ電圧のような一過性の過電圧に対しては電圧制限素子ＺＮＲで対応し、加入者線と商用電力線との混触等による継続的な過電流に対しては正特性感温抵抗素子ＰＴＣで対応し、それぞれ独立した最適な素子設計ができるため、電話機インターフェース保護回路１０の設計の自由度が高まる。これにより、米国・カナダなどの安全規格（ＵＬ規格、ＦＣＣ規則など）にも有効に対処できる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、一過性の過電圧に対しては電圧制限素子によってこれを吸収することができ、継続的に供給される過電流に対しては正特性感温抵抗素子のＰＴＣ効果によってこれを遮断することができる。特に、電圧制限素子と正特性感温抵抗素子は熱結合されているため、被保護回路へ過電流が供給された場合には、正特性感温抵抗素子は自己発熱に加えて、電圧制限素子からの熱量の供給を受けて確実に回路を遮断することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】インターフェース保護回路を中心とする回路構成図である。
【図２】電圧制限素子と正特性感温抵抗素子の位置関係を示す図である。
【図３】過電圧過電流保護素子をパッケージ化した構成図である。
【符号の説明】
１０…電話機インターフェース保護回路  ＺＮＲ…電圧制限素子  ＰＴＣ…正特性感温抵抗素子  １５…リンガー回路  ２０…ダイオードブリッジ回路  ３０…信号処理回路  ４０…被保護回路  ５０…電話機  ６０…過電圧過電流保護素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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