(57)【要約】差動モードサージ保護装置は、各々の入出力接続点間に直列に配置された第1と第2のソリッドステート保護装置を含む。該装置は、絶縁形トランス等の共通モード保護装置と連結して設けられても良い。あるいは、１つの小型化された保護パッケージ内に該装置が統合されてもよい。好適な実施の形態では、該装置は、第1と第2のソリッドステート保護装置によって付与される保護を補足するために配置され、使用に際して、第1または第2のソリッドステート保護装置のいずれかが破損する前にトリガするように選択されるサージアレスタを含む。差動モード保護を好都合に提供するために、該装置が、ＬＡＮカード等のデジタル処理カードやケーブルに組み込まれても良い。
2006502686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
差動モードサージ保護装置であって、
一対の入力接続点と、対応する一対の出力接続点と、
一対の入力接続点の１つと、対応する一対の出力接続点の１つとの間に直列に設けられる第1の単極性ソリッドステート保護装置と、
一対の入力接続点の他方と、対応する一対の出力接続点の他方との間に直列に設けられる第２の単極性ソリッドステート保護装置とを備えることを特徴とする差動モードサージ保護装置。
【請求項２】
第1と第2の単極性ソリッドステート保護装置は、１つの小形化された保護パッケージに統合されることを特徴とする、請求項１に記載の差動モードサージ保護装置。
【請求項３】
更に、第1と第2の単極性ソリッドステート保護装置によって付与される保護を補足するために配置され、使用に際して、第1または第2の単極性ソリッドステート保護装置のいずれかが破損する前にトリガするように選択されたサージアレスタを備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の差動モードサージ保護装置。
【請求項４】
サージアレスタは入力接続点を横切って接続されることを特徴とする、請求項３に記載の差動モードサージ保護装置。
【請求項５】
第1および第2の単極性ソリッドステート保護装置は、各々が２個の直列接続された電界効果トランジスタを含む、一対の整合した単極性過渡電圧閉そく部を備えることを特徴とする、請求項１に記載の差動モードサージ保護装置。
【請求項６】
デジタル信号処理カードとの組み合せで提供される、請求項１に記載の差動モードサージ保護装置。
【請求項７】
更に、第1と第2の単極性ソリッドステート保護装置によって付与される保護を補足するために配置され、使用に際して、第1または第2の単極性ソリッドステート保護装置のいずれかが破損する前にトリガするように選択されたサージアレスタを備えることを特徴とする、請求項６に記載の差動モードサージ保護装置。
【請求項８】
単極性ソリッドステート保護装置は、デジタル信号処理カードの共通モード絶縁装置と、デジタル信号処理カードの外部接続点との間に接続されることを特徴とする、請求項７に記載の差動モードサージ保護装置。
【請求項９】
デジタル信号処理カードはＬＡＮカードより成ることを特徴とする、請求項６に記載の差動モードサージ保護装置。
【請求項１０】
更に、第１の単極性ソリッドステート保護装置と第２の単極性ソリッドステート保護装置と、出力接続点との間に配置される共通モード絶縁装置を備えることを特徴とする、請求項１に記載の差動モードサージ保護装置。
【請求項１１】
更に、第１の単極性ソリッドステート保護装置と第２の単極性ソリッドステート保護装置と、出力接続点との間に配置される共通モード絶縁装置を備えることを特徴とする、請求項２または３に記載の差動モードサージ保護装置。
【請求項１２】
共通モード絶縁装置は絶縁形トランスより成ることを特徴とする、請求項１０に記載の差動モードサージ保護装置。
【請求項１３】
共通モード絶縁装置はオプトアイソレータより成ることを特徴とする、請求項１０に記載の差動モードサージ保護装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の１つ以上の装置を含むケーブルであって、一対の入力接続点がケーブルの第１コネクタにおいて終端し、出力接続点がケーブルの第２コネクタにおいて終端することを特徴とするケーブル。
【請求項１５】
第１コネクタがソケットであり、第２コネクタがプラグであることを特徴とする請求項１４に記載のケーブル。
【請求項１６】
第１コネクタがプラグであり、第２コネクタがプラグであることを特徴とする請求項１４に記載のケーブル。
【請求項１７】
ケーブルはＬＡＮケーブルであり、第１と第２のコネクタがＬＡＮケーブルコネクタであることを特徴とする請求項１４に記載のケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気サージ保護装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子サーキットリが外部電路に接続される場合、電路によって過渡過電圧が伝達されるために、サーキットリが損傷する危険があるかもしれない。このような過電圧の原因としては、幾つかの要素が考えられる。例えば、落雷や、静電気放電や、ケーブルの遠端で生じる装置の故障が原因であるかもしれない。潜在的に有害なサージからサーキットリを絶縁する幾つかの技術がある。これらの技術としては、図１に示した誘導結合と、容量結合と、図２に示したオプトアイソレーションとが挙げられる。通常、誘導結合を実用化するために、絶縁形トランスが使用される。
【０００３】
図１は、典型的な配置を示す概略図であり、一対の導線２と４を含むケーブルが、負荷１２に接続された絶縁形トランス６において終端している。共通モードの電圧サージの場合、両導線２・４上の電位は事実上同じように変化し、それによってトランス６の一次コイル８を流れる正味電流は実質的にゼロとなる。その結果、共通モードの過渡電圧は、二次コイル１０に発生する故障電流を誘発せず、絶縁形トランス６が負荷１２に対して共通モードの保護を提供する。
【０００４】
しかし、過渡電圧が導線２・４の内の一方に大きな影響を及ぼす場合、サージ電流が一次コイル８を流れ、二次コイル１０の出力端子を通る過渡電圧を誘発する。サージ電流は絶縁装置に損傷を与えるかもしれず、保護すべき設備にも損傷を与えるかもしれない。従って、絶縁形トランスは、共通モードの過渡電圧からの優れた保護手段を提供する一方で、差動モードのサージに対する保護は提供しないことが解るであろう。
【０００５】
絶縁形トランスが有意義に使用される一領域は、ローカルエリアコンピュータデータネットワーク（ＬＡＮｓ）の実用化である。図３において、しばしば「ＬＡＮカード」と称される、ネットワークインターフェイスカード（ＮＩＣ）の形態のデジタル処理カードが、Ｊ８−４５ソケット１８によって、ＬＡＮケーブル１６のＪ８−４５プラグ２２に接続される。ＬＡＮカード１４はソケット１８をデータ処理チップ２４に接続する絶縁形トランスモジュール２０を含んでおり、データ処理チップ２４はＰＣＩスロットコネクタによってワークステーションの中央処理装置２６と通信し、ＰＣＩスロットコネクタはＰＣＩコネクタ３０内に受け入れられ、ＰＣＩコネクタ３０はワークステーションの本体３２に装着される。
【０００６】
図４は、図３に示した先行技術のカードを示す概略図であり、同じ参照符号は同じ成分を示す。カードは、ＬＡＮケーブル１６内に包まれた一対の平衡より線によって、データパルスを送受信し、より線は、Ｊ８−４５ソケット１８のＲＸ＋ピンとＲＸ−ピン及びＴＸ＋ピンとＴＸ−ピンにおいて終端する。
【０００７】
絶縁モジュール２０は一対のトランス２０Ａと２０Ｂを含み、それらは送受信撚り合わせ対上の過渡電圧からの絶縁を処理チップ２４に各々提供する。前述したように、絶縁形トランス２０Ａと２０Ｂは、差動モードの過渡電圧ではなく、有害な共通モードの過渡電圧に対するかなりの免疫性（immunity）を提供する。例えば、ＲＸ−ピンには発生せず、ＲＸ＋ピンにおいて発生する過渡電圧の場合、その過渡電圧は絶縁形トランスを通して伝えられ、処理チップ２４に損傷を与える場合がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって本発明の目的は、上述のように差動モードの過渡電圧によって引き起こされる問題を重点的に取り上げた便利な手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第1の態様によれば、
一対の入力接続点と対応する一対の出力接続点と、
一対の入力接続点の１つと、対応する一対の出力接続点の１つとの間に直列に設けられる第1の単極性ソリッドステート保護装置と、
一対の入力接続点の他方と、対応する一対の出力接続点の他方との間に直列に設けられる第２の単極性ソリッドステート保護装置とを備える差動モードサージ保護装置が提供される。
【００１０】
第1と第2の単極性ソリッドステート保護装置は、１つの小形化された保護パッケージに統合されてもよい。
【００１１】
好ましくは、第1と第2の単極性ソリッドステート保護装置によって付与される保護を補足するためにサージアレスタが配置され、使用に際して、第1または第2の単極性ソリッドステート保護装置のいずれかが破損する前にトリガするように選択される。
【００１２】
サージアレスタは入力接続点を横切って接続されてよい。
【００１３】
好ましくは、第1および第2の単極性ソリッドステート保護装置は、各々が２個の直列接続された電界効果トランジスタを含む、一対の整合した単極性過渡電圧閉そく部（ＴＢＵｓ）を備える。
【００１４】
ＬＡＮカード等のデジタル信号処理カードとの組み合せで、差動モード保護装置が提供されてよい。
【００１５】
好ましくは、単極性ソリッドステート保護装置は、デジタル信号処理カードの共通モード絶縁装置と、デジタル信号処理カードの外部接続点との間に配置される。あるいは、絶縁装置の出力側とカードのデジタル信号処理チップとの間に単極性ソリッドステート保護装置を配置することもできる。
【００１６】
デジタル処理カードとの組み合せで差動モード保護装置が提供されない場合、第１の単極性ソリッドステート保護装置と第２の単極性ソリッドステート保護装置と、出力接続点との間に配置される共通モード絶縁装置を備える装置が提供されてもよい。
【００１７】
共通モード絶縁装置は絶縁形トランスであってもよい。
【００１８】
あるいは、共通モード絶縁装置はオプトアイソレータ等の別の適当な装置であってもよい。
【００１９】
本発明の別の態様によれば、１つ以上の差動モードサージ保護装置を含むケーブルが提供される。その場合、一対の入力接続点がケーブルの第１コネクタにおいて終端し、出力接続点がケーブルの第２コネクタにおいて終端してもよい。
【００２０】
第１コネクタがソケットであり、第２コネクタがプラグであってもよい。
【００２１】
あるいは、第１コネクタがプラグであり、第２コネクタがプラグであってもよい。
【００２２】
典型的に、ケーブルはＬＡＮケーブルであり、第１と第２のコネクタがＬＡＮケーブルコネクタである。
【００２３】
本発明の様々な態様の好適な特徴は、多数の図面を参照して為される、以下の好適な実施の形態の説明から自明となるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図５に、本発明の一実施の形態による絶縁モジュール３４を示す。絶縁モジュール３４は共通モード絶縁装置４２を含み、本発明において、共通モード絶縁装置４２はトランスを備えるが、オプトアイソレータ等の他の共通モード絶縁装置であってもよいことが解るであろう。絶縁モジュール３４は、トランス４２の一次コイル４０の各々の側に接続された、２個の全く同じ直列接続された単極性過渡電圧閉そく部（ＴＢＵｓ）３６と３８を含む。
【００２５】
ＴＢＵは、そこを通る電流が一旦ある所定のトリガレベルに達すると、回路を開くように構成されたトランジスタ装置である。ＴＢＵ３６は、ＮチャネルＦＥＴ  Ｑ１とＰチャネルＦＥＴ  Ｑ２という２つのデプレション形ＦＥＴより成る。Ｑ１とＱ２は導電路と直列接続される。トランジスタＱ１のゲート電極は、トランジスタＱ２のドレイン電極に結合される。Ｑ１とＱ２のソース電極は互いに結合され、トランジスタＱ１のドレイン電極は第１端子４４に結合される。Ｑ１のドレイン電極とＱ２のゲート電極間に抵抗器Ｒ１が伸びている。Ｑ２のドレインは一次コイル４０の第１の側に接続される。事実上は、ＴＢＵ３６が、端子４４から一次コイルへと流れる正電流用のヒューズとして機能する。ＴＢＵ３８の構造はＴＢＵ３６のものと同じであり、ＴＢＵ３８が、端子４６から一次コイルへと流れる正電流用のヒューズとして機能する。回路のバランスを維持するために、ＴＢＵ３６とＴＢＵ３８が有する挿入損ができる限り近接するように、ＴＢＵ３６とＴＢＵ３８が選択される。
【００２６】
ＴＢＵ３６とＴＢＵ３８は、負荷を通る電流が所定のトリガレベルに達すると、開回路へとトリガすることによって、端子４３と４５を通して接続される負荷を差動サージ電流から保護する。端子４４へと流れる差動電流がトリガレベルを達成すると、ＴＢＵ３６は開回路となる。あるいは、端子４４から流れ出る差動電流がトリガレベルを達成すると、ＴＢＵ３８がトリガする。どちらのＴＢＵも、図４に示した構成に対して逆向きに置くことができることはもちろんである。その場合、端子４４へと流れる差動電流がトリガレベルを達成すると、ＴＢＵ３８は開回路となり、逆に端子４４から流れ出る差動電流がトリガレベルを達成すると、ＴＢＵ３６がトリガする。
【００２７】
トリガしたＴＢＵを通る電圧が上昇を続けた場合、次第に破壊電圧に達し、そうするとＴＢＵが再び伝導するようになる。現在のところ、破壊電圧が８００ＶまでのＴＢＵが利用できる。破壊電圧を超えるサージからの保護を提供するために、サージアレスタ４８を備えることもできる。参照符号４８で示すように、ガスアレスタが典型的に使用される。しかし、その代わりに適当なサージアレスタを使用してもよい。サージアレスタ４８は端子４４と４６を通る線で接続され、ＴＢＵの破壊電圧の９０％でトリガするように選択される。従って、差動モードのサージがＴＢＵの破壊電圧に近づいた場合、トリガしたＴＢＵの破壊を生じ、結果として、絶縁形トランス４２を通って伝達され、出力端子４３と４５間に接続された負荷に対して潜在的に損傷を与える前に、サージアレスタがトリガしてサージを短絡させる。
【００２８】
適当なＴＢＵは、オーストラリア、クイーンズランド州ブリスベン市セントルシア、クイーンズランド大学構内建物７６Ａにあるフルテック社（Ｆｕｌｔｅｃ  Ｐｔｙ  Ｌｔｄ．，  Ｂｕｉｌｄｉｎｇ  ７６Ａ，  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｑｕｅｅｎｓｌａｎｄ  Ｃａｍｐｕｓ，  Ｓｔ  Ｌｕｃｉａ，  Ｂｒｉｓｂａｎｅ，  Ｑｕｅｅｎｓｌａｎｄ，  Ａｕｓｔｒａｌｉａ）から入手できる。適当なＴＢＵを実用化する回路は、米国特許第５，７４２，４６３号明細書及び国際特許出願番号ＰＣＴ／ＡＵ０３／００１７５に記載されており、これらは本発明者によるものである。米国特許第５，７４２，４６３号及び国際特許出願ＰＣＴ／ＡＵ０３／００１７５は完全な形でここに参照して組み込むものとする。
【００２９】
次に図６を参照して、本発明の別の実施の形態によれば、図示するように、４つのコネクタＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを有する１つのパッケージ内に、差動モード保護装置４３が好都合に設けられている。所望であれば保護装置にはサージアレスタが設けられていてもよいし、設けられていなくてもよい。サージアレスタが設けられていない装置４３の内部回路の概略図を図７に示し、サージアレスタを備えた別の変形の概略図を図８に示す。装置の更に別の変形も可能である。例えば、図７または図８の回路２個を含む装置の８端子バージョンが設けられてもよい。
【００３０】
本例では本発明の好適実施の形態によるＬＡＮカードである、デジタル処理カードの概略図を図９に示す。注意すべきことは、図９のＬＡＮカードは、各々ソケット１８のＴＸ＋、ＴＸ−、ＲＸ＋、ＲＸ−端子と直列に配置された２対のＴＢＵ５１Ａ、５１Ｂと５２Ａ、５２Ｂを組み込んでいることである。
【００３１】
（ＴＢＵは各々図５に示したＴＢＵ３６と３８と全く同じであり、図６に示した装置４３の８端子バージョン内に設けられてもよい。）サージアレスタ１９と２１は、各々ＴＸ＋、ＴＸ−、ＲＸ＋、ＲＸ−ピンを通して接続される。サージアレスタは、ＴＢＵの破壊電圧の９０％に達するとトリガするように選択される。前述したように、差動モードのサージがＴＢＵの破壊電圧に近づいた場合、ＴＢＵの破壊を生じ、結果として、絶縁形トランス４２を通って伝達され、論理サーキットリ２４に潜在的に損傷を与える前に、サージアレスタがトリガしてサージを短絡させる。
【００３２】
図１０は、本発明の別の実施の形態による差動モードのサージプロテクタ５０の外観図であり、図１１はそれに対応する概略図である。サージプロテクタ５０は、ＬＡＮカードのソケットに接続するためのＪ８−４５プラグ５２を含む。Ｊ８−４５プラグは差動モード保護モジュール５４に結合され、差動モード保護モジュール５４は、図１１に示すように、ＴＢＵとサージアレスタとを含む。更にサージプロテクタは、モジュール５４内のサーキットリに結合され、ＬＡＮケーブルを受け入れるＪ８−４５ソケット５８も含んでいる。
【００３３】
図１２は、図１０と図１１に示した差動モードサージプロテクタの変形であり、本発明による差動モード保護を組み込んだケーブル６３である。ケーブル６３は、デジタル処理カードへの接続用コネクタ５２を含む。本例では、ケーブル６３がＬＡＮケーブルであって、コネクタ５２・５９がＪ８−４５プラグであるが、他のアプリケーション用に他のコネクタも使用できることが明らかである。図１０に示したものと同じであり、図１１に示したサーキットリを含む差動モード保護モジュール５４がコネクタ５２に結合されている。図１１に示したＴＢＵとサージアレスタとを含む保護モジュール５４が、比較的長いケーブル６１によって遠くのコネクタ５９に接続される。使用に際して、ＬＡＮカード等のデジタル処理カードにコネクタ５２がプラグで接続される一方、ネットワークハブ等の遠隔装置にコネクタ５９がプラグで接続される。所望であれば、第2のモジュールをプラグ５９の近くに組み込んでもよい。図１２に示したケーブルの変形ももちろん可能である。例えば、ハウジング５４内に設けられたサーキットリが、コネクタ５２と５９の一方に統合されてもよい。
【００３４】
好適な実施の形態の観点から本発明を説明してきたが、本発明はこれらの実施の形態に制限されない。当業者にとって自明である、同等の方法・構造・配置・工程・ステップや他の変形は請求の範囲に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】先行技術における共通モード保護回路の概略図。
【図２】先行技術における共通モード保護回路の別の概略図。
【図３】先行技術におけるネットワークインターフェイスカードの外観図。
【図４】図３に示したネットワークインターフェイスカードの概略図。
【図５】本発明の一実施の形態によるサージ保護モジュールの概略図。
【図６】本発明の一実施の形態による差動モード保護装置パッケージの概略図。
【図７】図６に示した差動モード保護装置パッケージ内の回路を示す概略図。
【図８】図７に示した差動モード保護装置パッケージの回路の変形を示す概略図。
【図９】本発明の一実施の形態によるネットワークインターフェイスカードの概略図。
【図１０】本発明の別の実施の形態による差動モードサージ保護装置の外観図。
【図１１】図７に示した保護装置の概略図。
【図１２】本発明の更に別の実施の形態による差動モードサージ保護装置の外観図。
【図１】
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【図２】
2006502686.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2006502686.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2006502686.tif 000013
【図１２】
2006502686.tif 000014
【国際調査報告】
2006502686.tif 000015
2006502686.tif 000016