CN1179459C - 具有虚拟接地的电涌抑制器 - Google Patents

Abstract

使用虚拟接地而不是单独的接地导体，电涌抑制器为AC电源线、同轴传输线和通信线提供了过压保护。

Description

具有虚拟接地的电涌抑制器

技术领域

本发明涉及使用虚拟接地而不是单独接地导体从过压状态保护AC电源线、同轴传输线和通信线的电涌抑制器。

背景技术

目前，许多家庭和建筑物使用灵敏的电子设备，例如，具有昂贵音频/视频设备的家庭娱乐中心、个人计算机、调制解调器、打印机、复印机、传真机和电话应答器。这些灵敏的电子设备通过AC电源线、同轴传输线(有线TV、卫星抛物面天线和宽带互联网连接)和通信线(电话、传真和高速数据)。因为电子设备是昂贵的，所以需要保护设备发生在AC电源线、同轴传输线和通信线上的的电压冲击。

为满足这个需要，许多公司研制了第二电涌抑制器插头，该插头插入AC墙上插座，插座带有单独的接地导体并接受三头AC插头。也具有三头AC插头的电子设备插入第二电涌抑制器。当前可用的某些第二电涌抑制器的插头也为同轴传输线和/或通信线提供了过压保护。例如，见1984年3月20日授权给Cawley的美国专利4438477，该专利公开了一种第二电涌抑制器的插头，使用从三头AC插头的AC插座获得的接地保护AC电源线和通信线的过压状态。

而新建的房屋和建筑物具有单独接地线的AC插座，并接受三头AC插头，老的房屋和建筑物只具有接受两头AC插头的AC插座。因此，当前市场上可以买到的第二电涌抑制器的插头(该插头具有三头AC插头，并使用AC插座的接地提供过压保护)不能够用于只接受两头AC插头的具有AC插座的老的房屋和建筑物。因此，需要有一个第二电涌抑制器的插头用于只接受两头AC插头的AC插座。

US专利5675468(468专利)针对存在于一个或多个源输入的静态电位的问题，该静态电位可以引起内部电路的打火损害。见列1，第6行；列2，第4行。这个问题的解决方案是采用“共同接地装置”。见列2，第15-17行和图7。因此，468专利公开的各种过压保护电路都接到共同接地20。见图1-3和5-7。468专利没有公开从被保护的设备接受三头AC电源插头的AC电源插座。见图1和5，其中，只是端点9和10被指定为“输出”或到设备的“输出”。没有示出端点20接到设备上。它接到同轴线的屏蔽上，见图7。468专利没有公开包括连接在AC电源插座的接地端和第一及第二AC电源线之间的第一和第二MOV的“虚拟接地电路”，虚拟接地电路为出现在AC电源插座上的电压浪涌提供了返回路径。

DE 3834514 A1(514专利)公开的过压保护电路包括两个热熔丝(S1、S2)、两个MOV(VDR1、CDR2)，和与一个或两个MOV并联连接的RC串联电路(R1C1和/或R2C2)。电路使用实际接地提供过压保护，即，接地的导体SL，见图1。514专利没有公开接受三头AC电源插头的AC电源插座，也没有公开包括连接在AC电源插座的接地端和第一及第二AC电源线之间的第一和第二MOV的“虚拟接地电路”，虚拟接地电路为出现在AC电源插座上的电压浪涌提供了返回路径。

发明内容

本发明的目的是提供一种使用双线AC电源(没有单独的地线)的第二电涌抑制器的插头，保护具有三头AC插头的电子设备。本发明的电涌抑制器通过产生“虚拟接地”提供过压保护，即，一个到双线AC电源的返回通路，通过该返回通路，可以引导出现在同轴传输线和/或通信线上的电压冲击。本发明满足了保护具有三头AC插头的电子设备的电涌抑制器的需要，并可以用在装备有只接受两头AC插头的AC插座的房屋和建筑物中。

在本发明的一个方面，提供了一种浪涌抑制器，适合于连接到第一和第二AC电源线，AC过压保护电路连接在AC电源线之间，保护电子设备不受AC电源线上的电压浪涌的冲击，而没有使用实际接地，其中：AC电源插座有两个AC电源端和一个接地端，并适合于接受被保护电子设备的三头AC电源插头，AC电源端由只有两个导体的AC电源插头连接到第一和第二AC电源线，虚拟接地电路连接在AC电源插座的接地端和两条AC电源线之间，为出现在AC电源插座的电压浪涌提供到AC电源线的返回通路，该AC电源插座的接地端未与实际的地相连接，虚拟接地电路包括连接在AC电源插座的接地端和第一AC电源线之间的第一金属氧化物变阻器和连接在AC电源插座的接地端和第二AC电源线之间的第二金属氧化物变阻器。

本发明的目的特别在说明书后面的权利要求中指明。包括操作方法的发明和许多优点可以参考下面的描述和附图得到理解，其中，相同的参考符号表示相同的元件。

附图说明

图1是本发明第一实施例的示意图。

图2是本发明第二实施例的示意图。

图3是本发明第三实施例的示意图。

图4是适于使用在图1和图2所示实施例中的同轴电涌抑制器的横截面图。

具体实施方式

图1是本发明第一实施例的示意图。如图1所示，电涌抑制器10保护出现在AC电源线和在同轴传输线上的过压状态。线1和线2通过两头AC电源插头11连接到AC电源。例如，AC电源可以是110V或220V。如果AC电源是110V，线1可以是火线，线2可以是零线。反之，线1可以是零线，线2可以是火线。本发明可以适当作用在任何情况下。在优选实施例中，线1是火线，线2是零线。电涌抑制器10也包括接受三头AC插头的插座13。插座13的接地导体连接到虚拟接地。因此，即使电涌抑制器插入只接受两头AC插头并没有装有单独接地线的AC插座，电涌抑制器10提供了来自三头AC插头的电子装置的过压保护。

在图1中，熔丝12是提供过流保护的热敏熔丝。合适的热敏熔丝可从Microtem公司获得，元件号码是4178A1。MOV(金属氧化物变阻器)14和气体放电管16构成保护出现在线1和线2两端电压冲击的AC过压保护电路。合适的MOV可从Harris半导体公司获得，元件号是V130LA20B，地址是P.O.BOX 883，Melbourne，FLA 32902。合适的气体放电管16可从TII工业公司获得，元件号是TII44，地址是Capiague，NY，该气体放电管具有300和500VDC击穿电压。气体放电管16基本上消除了通过MOV14的漏电流。

图1所示的本发明实施例也提供同轴传输线的过压保护。同轴传输线的屏蔽和中心导体连接到包括同轴气体放电管24的同轴传输线过压保护电路。下面详细描述图4所示的同轴气体放电管。合适的同轴气体放电管可从TII工业公司获得，元件号是00173004，击穿电压在150和300VDC之间。MOV18、20和气体放电管22连接在气体放电管24和AC电源线的之间，并为同轴传输线过压保护电路提供“虚拟接地”，即，为出现在同轴传输线上的电压冲击提供返回通路。同轴传输线上的电压冲击将流到线1或线2，取决于那一条线上的电位低。气体放电管22也可以是TII44，而MOV18和MOV20可以与MOV14相同。当图1所示的MOV18和MOV20与两个电极气体放电管22串联连接时，MOV18和MOV20将与三电极气体放电管60串联连接。见图2中的MOV56、58和气体放电管60。

图2是本发明另一个实施例的示意图。如图2所示，电涌抑制器30保护出现在AC电源线、同轴传输线和通信线上的过压。AC电源可以是110V或220V，而同轴传输线可以是CATV、卫星电视抛物面天线、宽带互联网连接。通信线可以是电话线、传真线、如基于10兆网线的高速数据线。电涌抑制器30通过两头AC插头11连接到AC电源，并连接到由接受三头AC插头的插座13保护的电子设备。

开关32是ON/OFF开关，而电路断路器34保护过流状态。当开关32接通时，二极管36、电阻38和二极管40提供“接通”显示。二极管36可以是IN4007型二极管，电阻38可以是3.3K欧姆，而二极管40可以是LED。

电阻42、MOV44、气体放电管46和熔丝48构成了保护出现在线1和线2两端的电压冲击的AC过压保护电路。电阻42可以是30K欧姆的量级，而MOV44可以与MOV14相同。气体放电管46是三电极气体放电管。合适的三电极气体放电管可从TII工业公司获得，元件号是TII11，击穿电压是300和500VDC之间。熔丝48是保护过流的热敏熔丝，可与熔丝12相同。当电压冲击出现在线1和线2两端时，电阻42在气体放电管中启动电弧。当气体放电管46导通时，电阻42较小了产生的过渡过程。当气体放电管46导通时，电容器50、电感器52和54形成一个低通滤波器，其也减小了产生的过渡过程。电容器50可以在0.1和0.47微法之间，而电感器52和54可以在10和15毫亨之间。

图2所示的本发明实施例也为出现在具有屏蔽和中心导体的同轴传输线上的电压冲击提供过压保护。同轴传输线过压保护电路包括同轴气体放电管62(后面描述在图4的连接中)，气体放电管64与气体放电管24相同。与气体放电管62的屏蔽端串联连接是包括气体放电管60和MOV56、58的虚拟接地电路。气体放电管60可以与气体放电管46相同，MOV56、58可以与MOV14相同。虚拟接地电路为出现在同轴传输线上的电压冲击提供了返回通路。

电涌抑制器30也为连接在输入插头64和输出插头66之间的通信线提供过压保护。例如，插头64和66可以是RJ11或RJ45插头。熔丝68和70提供了过流保护，可以是350毫安熔丝。MOV72和74提供出现在通信线上的电压冲击的保护。合适的MOV可从Harris半导体公司获得，元件号是V120ZA6。电阻76和78可以是10欧姆，而二极管80可以是双向雪崩二极管。合适的二极管可从通用仪器公司获得，元件号是1.5KE250。包括气体放电管60、MOV56和58的虚拟接地电路为出现在通信线上的电压冲击提供了返回通路。

图3是本发明的另一个实施例。在图3中，电涌抑制器100保护出现在AC电源、同轴传输线和通信线上的过压。与图1和图2所示的实施例一样，AC电源是双线，电压是110V或220V。同轴传输线和通信线与图2的连接一样。开关32、电路断路器34和包括二极管36、电阻38和二极管40的接通显示器电路都与图2所述的连接一样。

用于AC线的过压保护由包括电阻42和气体放电管102的AC过压保护电路提供。电阻42和MOV44前面已经描述过。气体放电管102可以是TII44。与图2一样，电阻42帮助启动气体放电管102中的电弧。因此，当气体放电管102导通时，减小了产生的过渡过程。当气体放电管102导通时，电容器104、电感器106和电容器108形成的低通滤波器也减小了产生的过渡过程。电容器104和108是在0.1和0.47微法之间，而电感器105是在10和15毫亨之间。

电涌抑制器100也保护出现在同轴传输线上的电压冲击。同轴传输线过压保护电路包括串联连接的电感器118和雪崩二极管120。电感器118可以是6.8微亨，而二极管120可以是通用仪器公司的1.5KE12V的雪崩二极管。电容器122通过同轴传输线上的宽带信号，其是0.01微法，1000V。

电涌抑制器100也保护出现在通信线上电压冲击。与图2一样，插头64和66可以是RJ11或RJ45插头。过压保护由MOV72和74提供，与图2所示的一样。过流保护由正温度系数电阻(PTCR)124和126提供。合适的PCTR可从Raychem公司获得，元件号是TR600-150，地址是300 Constitution Drive，Menlo Park，CA。

出现在同轴传输线和通信线上的过压返回通路由包括MOV110、112和气体放电管114的虚拟接地电路提供。MOV110和112可以与MOV114相同。气体放电管114和116可以是TII44管。当两个双电极气体放电管114和116显示在图3中时，也可以采用单个三电极气体放电管。见图2中的MOV56、58和气体放电管60。不管使用单个三电极气体放电管或两个双电极气体放电管，都是设计选择的问题。他们在这个应用中是等效的。

图4是1996年10月15日授权给Nisar Chaudhry的美国专利图14的复制，专利号是5566056。图4显示了一种可以使用在图1和图2中同轴传输线过压保护电路中的同轴电涌断路器。如美国专利5566056的第6栏第54行至第7栏第51行所述，导电室202的内表面214的部分、由螺纹或其它形式的锯齿状粗造的中心导体206的外表面216的部分，以集中电场和增加气体放电管操作的可靠性。此外，表面214和216最好涂敷低功函数材料，以减小击穿电压和提高气体放电管的点火特性。气体放电出现在表面214和216之间的区域“G”。区域“G”是有效放电区域。

也与图4所示的一样，导电是202的内表面和中心导体206的外表面之间的距离随中心导体的长度变化。从另一方面说，导电室202的内径D与中心导体206的外径之比随中心导体的长度变化。比例D/d可以随中心导体206的长度变化系数2或3或更大。使用比例D/d的变化调整气体放电管的阻抗，并匹配电涌断路器的阻抗，其中，气体放电管靠近同轴传输线附着的电涌断路器。同轴传输线的阻抗与(D/K)/d的对数成比例，其中，“D”是外导体的内径，“d”是内导体的外径，“K”是内外导体之间介质的介电常数。在图4所示的气体放电管的情况中，介质是介电常数大约等于1的惰性气体。因此，气体放电管的阻抗按照比例D/d的对数在绝缘端之间变化。绝缘端204最好是陶瓷，陶瓷的介电常数大约是8。通过随着中心导体206的长度改变比例D/d，可以补偿特别是绝缘端204的介电常数引起的阻抗中的变化。用于阻抗匹配的气体放电管200的部分由字母“I”表示，以区别有效放电区域“G”。见美国专利5566056的图14。

除了调整气体放电管内的比例D/d之外，也可以调整相对阻抗匹配区域“I”的长度的有效气体放电区域“G”的长度，以匹配气体放电管的阻抗和同轴传输线的阻抗。因此，对于50欧姆同轴传输线，区域“G”与区域“I”的比例可以是1比1，对于75欧姆同轴传输线，区域“G”与区域“I”的比例可以是1比2。

本发明已经参考各种实施例进行了描述，本领域的技术人员应当理解，在没有脱离本发明的精神和范围内，可以对这些优选实施例进行修改和变形。

Claims (10)

1.一种浪涌抑制器，适合于连接到第一和第二AC电源线，AC过压保护电路连接在AC电源线之间，保护电子设备不受AC电源线上的电压浪涌的冲击，而没有使用实际接地，其特征在于：

AC电源插座有两个AC电源端和一个接地端，并适合于接受被保护电子设备的三头AC电源插头，AC电源端由只有两个导体的AC电源插头连接到第一和第二AC电源线，虚拟接地电路连接在AC电源插座的接地端和两条AC电源线之间，为出现在AC电源插座的电压浪涌提供到AC电源线的返回通路，该AC电源插座的接地端未与实际的地相连接，虚拟接地电路包括连接在AC电源插座的接地端和第一AC电源线之间的第一金属氧化物变阻器和连接在AC电源插座的接地端和第二AC电源线之间的第二金属氧化物变阻器。

2.按权利要求1所述的浪涌抑制器，其特征在于还包括连接到具有屏蔽和中心导体的同轴传输线的同轴传输线过压保护电路，用于保护同轴传输线上的电压冲击，同轴传输线冲击断路器连接到AC电源插座的接地导体。

3.按权利要求1所述的浪涌抑制器，其特征在于还包括连接到通信线的通信线过压保护电路，用于保护通信线上的电压冲击，通信线过压保护电路连接到AC电源插座的接地导体。

4.按权利要求2所述的浪涌抑制器，其特征在于同轴线过压保护电路由包括中空导电室的同轴气体放电管构成，绝缘端适于密封导电室，惰性气体密封在导电室中，中心导体穿过导电室延长，中心导体的纵向轴平行于信号传输的方向，中心导体的尺寸至少随着导电室内的导体长度部分变化，用于匹配同轴气体放电管的阻抗和同轴传输线的阻抗。

5.按权利要求2所述的浪涌抑制器，其特征在于同轴传输线过压保护电路包括雪崩二极管，电感器串联连接在屏蔽和中心导体之间。

6.按权利要求1所述的浪涌抑制器，其特征在于AC过压保护电路还包括至少一个与至少一个金属氧化物变阻器串联连接的气体放电管。

7.按权利要求6所述的浪涌抑制器，其特征在于AC过压保护电路还包括至少一个与至少一个金属氧化物变阻器串联连接的热敏熔丝。

8.按权利要求6所述的浪涌抑制器，其特征在于气体放电管是与至少一个金属氧化物变阻器串联连接的双电极气体放电管。

9.按权利要求6所述的浪涌抑制器，其特征在于气体放电管是与两个金属氧化物变阻器串联连接的三电极气体放电管。

10.按权利要求1所述的浪涌抑制器，其特征在于虚拟接地电路包括两个双电极气体放电管，每一个气体放电管与每一个金属氧化物变阻器串联连接。

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