专利名称:电子装置的抗过载保护电路的制作方法
本发明涉及一种由直流电压供电的电子装置抗过载保护电路，此装置安装在以数字信号形式传输通讯信号的用户线的始端或终端。
由于任何一种原因流过大电流时，电子装置就可能出现本发明所指的“过载”，例如用户线上的短路即属此种情况。凡是在信号以数字化或以脉冲形式传输的有线信号传输中，均需设有过载保护电路。已知的传输方法例如德国联邦邮局现用的“PCM2-方法”，使用此种传输方法，公共电讯网中两个空间相邻的用户共用一根用户线与电话局相连。字母“PCM”在此表示公知的脉冲-编码-调制-方法，用此方法、通讯信号以数字信号的形式传输。下文中将用PCM2-方法作为所有可能的传输方法中具有代表性的方法。在PCM2-方法中，模拟信号在电话局内用合适的电路数字化后送到用户线上。在用户线的终端装有一个具有电子线路的装置，通过这个电路，到达的数字信号再被转变为模拟信号。当然，反方向也是适用的。为了驱动电路的有源元件，电话局内设有中心电源，此电源例如可以是一个提供95伏直流电压的电源。在此电源上接有例如10个具有此电路的、结构相同的PCM-装置，每条用户线从这些装置上分别通向两个用户。如果这些装置中的一个发生短路，电源就会整体断开，这样不仅是有关的装置断开，而且所有的其他装置也全部断开。
本发明的任务在于，给出一种用于多个电子装置与一个共用电源相连组成一个系统的电路，此电路可以保证，在与一个装置相连的电路发生过载时，其他装置不受影响。
利用在开始时所描述的发明来解决这项任务的方法是，-在直流电源与用户线之间安装一个与欧姆电阻相串联的有源限流组件，该组件允许通过的电流强度、可以按电阻上电压降的大小进行调节，并且，-限流组件上连接有转换电压发生器，通过此转换电压发生器，组件在用户线过载时，可以周期地切断和再接通，转换的周期时间可以调整。
具有这样的电路，用户线的过载，例如短路，将被阻断在此装置中。电源电压此时几乎完全降落在限流组件上。中心电源及其他所有的接入装置均可不受过载的影响。
此电路的另一个优点在于使用了转换电压发生器。在过载时，增大的但是被限制了的电流虽不能被阻止，但是这个电流却可以被限制在极短的时间内。电路中的各个有源元件不会显著地发热，这种情况尤其对限流组件有利。这种组件优先选用金属氧化物半导体场效应晶体管，即莫斯管(MOSFET)。因而不需要采取特殊的措施来散热。通过转换电压发生器实现持续的再接通也是优点之一，这样可以使短时间的干扰不会对电路工作产生明显的影响。增大电流流过的时间与没有电流流过的时间之比，可以简单地通过对转换电压发生器的参数进行相应的选择来加以调整。
本发明电路的设置之优越性，由从属权利要求
可以看出。
本发明对象的实施例如图所示图1以示意图表示“局”的一部分。
图2为本发明线路的放大图。
图3表示对图2的补充线路。
图4表示图3中所绘转换电压发生器输入端及输出端的电压曲线。
图1中以点划线表示公共通讯网的“局”1。这个局配有直流电源UB，此直流电源提供一个恒定的，例如95伏的直流电压，此电压波动最大值为2伏。在所给结构实例中，直流电源UB上，彼此并联地接有8个PCM2-装置3。从每个PCM2-装置3引出一根用户线ASL分别通向两个用户，这两个用户可用数字传输方式同时通话。
每个PCM2-装置3都装有例如图2所示的电路。此电路具有一个有源的限流组件4，此组件与一个欧姆电阻R1串联。“组件”一词是为了简便而采用的。实际上它包括一整套电子电路，利用此电路可以控制限制电流。组件4通过一个由R2、R3和R4构成的分压器连接于直流电源UB上，分压器与直流电源成并联。供电电压UB1连接于用户线ASL上，此电压除在电阻R1和组件4上稍有下降以外，大体相当于直流电压源的电压。
转换电压发生器K的输入端E1与用户线ASL相连。另外，转换电压发生器K的另一个输入端E2经过由电阻R2、R3和R4构成的分压器与直流电压源UB相连，同时，输入端E2连接于电阻R2和R3之间。转换电压发生器的输出端A与限流组件4相连接。
图2的电路工作情况如下在无干扰的工作情况下，组件4允许电流流过。这时，供电电压UB1除在电阻R1和组件4上稍有下降之外，与局1直流电压源UB所提供的工作电压大体相同。由于过载，例如短路，用户线ASL上则有一个大电流流过组件4。在这种情况下，本电路则限制流过组件4的电流。由于伴随出现组件4的发热，所以这一过程时间不能太长。对此，则由在正常工作状态下不工作的转换电压发生器K来实现，组件4因此不受影响。在过载情况下，由于组件4的限流作用，其压降升高，致使转换电压发生器K开始工作。转换电压发生器K在其输出端A提供一个转换电压，此电压使组件4在过载时，周期地被截止。转换电压发生器的工作方式将借助图3及图4进一步予以详述。当过载消失后，在组件4上的压降减小，于是转换电压发生器K不再工作，这时电路又重新恢复正常工作。
限流组件4可以是一个双极晶体管，也可以使用场效应晶体管。不过按照图3的组件4最好是一个莫斯管(MOSFET)。
下面将借助图3和图4来描述一下本发明的电路，与图2中相同的部份仍用相同的符号表示。
在本实施例中，限流组件4是莫斯管(MOSFET)T1，此管的主电路与一个欧姆电阻R1相串联。电阻R1在另一边和电阻R4一样，与直流电源UB的同一个极相连。在莫斯管T1的漏极和直流电源UB的另一个极之间，为用户线ASL的工作电压UB1。在电阻R3和R4之间，接入一个运算放大器OP1的输入端01。运算放大器OP1的输出端经过电阻R5与莫斯管T1的栅极G相连。运算放大器OP1的第2输入端02接在莫斯管T1与电阻R1之间的主电路上。正常状态时，运算放大器OP1输入端01处的电压高于输入端02处的电压，莫斯管T1因而全导通。
当用户线ASL上发生过载例如短路时，莫斯管T1则流过增大了的电流，这就导致电阻R1上的压降升高，因此运算放大器OP1的02输入端处的电压上升，造成其输出电压下降。这样，莫斯管T1电阻增加，因而只有有限的电流能流过此莫斯管。此电流是如此之小，以致于对直流电源不能产生反作用。此电流例如不超过60毫安。
在高电阻情况，限流莫斯管T1发热，它产生例如6瓦功率。若无附加措施，电路及其所属装置将会迅速发热，这样一来，每一个装置都必须设有昂贵的冷却设备。但在上述情况下，如果使用下面所描述的转换电压发生器K，就不必再装冷却器了。
转换电压发生器K在其输出端A提供一个例如图4b表示的脉冲电压UA，在此电压下，莫斯管T1在限流状态持续的时间比较短。而在相对于此短时间而言的较长时间内莫斯管T1被截止，此时不再有电流流过莫斯管T1(可以忽略不计的泄漏电流除外)，所以该管总的来看基本上没有被加热。
转换电压发生器K包括一个运算放大器OP2，运算放大器的输出端即构成转换电压发生器的输出端A。运算放大器OP2的一个输入端03经过一个欧姆电阻R6连接于分压器R2、R3、R4的电阻R2与R3之间，另一个输入端04则经过二极管D1与莫斯管T1的漏极D相连。此外，在运算放大器OP2的输入端04处接有电容器C，电容器的另一端与直流电压源UB的一个极相连。运算放大器OP2的输入端04与其输出端之间，由二极管D2与欧姆电阻R7的串联电路，与串联电路并联的欧姆电阻R8彼此连接起来。上述情况下，电阻R7的数值与电阻R8相比较小。
转换电压发生器K经过二极管D1接于莫斯管T1的漏极上。二极管D1在电路正常工作时是接通的，所以在转换电压发生器K的输出端A为高电压。这时，接于转换电压发生器K的输出端A与莫斯管T1的控制极之间的二极管D3被截止。在此情况下，莫斯管T1可以发挥其限制电流的功能。也就是说，它在电流全导通时呈低电阻，在限流运行时呈高电阻。
当由过载引起的莫斯管T1上压降增加时，二极管D1截止，这时转换电压发生器K开始工作，在其输出端A处的电压下降，并且二极管D3导通。这样莫斯管T1完全截止。它按照转换电压发生器K输出端的电压UA的变化曲线(图4b)，而在“截止”和“限流”两种状态之间变化。电压UA的曲线与转换电压发生器K输入端E1的电压UC的曲线相对应。这一曲线的产生情况如下只要二极管D1一导通，在运算放大器OP2输入端04处的电位就低于运算放大器OP2输入端03处的电位。输入端03处的电位与在电阻R2与R3之间测得的电压相对应，此电压在电路工作的任一阶段中都在直流电源UB的波动允许值范围内保持恒定。因此在运算放大器OP2的输出端为正电位时，二极管D3被截止，对莫斯管T1没有影响。
过载时，莫斯管T1压降增加，二极管D1因此被截止，因而转换电压发生器K开始工作。在二极管D1截止后，电容器C经过电阻R7和R8充电。电容器的电压UC按照图4a上升。充电直到在运算放大器OP2的输入端04处的电位大于输入端03处的电位为止。这期间，运算放大器OP2的输出端在t1(图、4b)时间内为高电位，二极管D3则一直处于截止状态。
当运算放大器OP2输入端04的电位大于输入端03的电位时，运算放大器OP2翻转，在其输出端为低电位，二极管D3被导通，并且莫斯管T1被截止。电容器C此时按照图4a中电压曲线，经过电阻R8放电。在放电时间t2内(图、4b)，运算放大器OP2的输出端为低电位，并且莫斯管T1在整个期间内处于截止状态。电容器C放电之后，运算放大器OP2再次翻转，其输出端又为初始状态的高电位，于是莫斯管T1重新进入限流状态。
时间t1及t2的关系例如可以为1∶5至1∶10，通过适当选择电阻R7及R8，可以容易的调整这种比例关系。电阻R7应该比电阻R8小，以便电容器C能够迅速地充电。由此确定较短的时间，决定了莫斯管T1的限流时间也短，因而其发热也就相应地较低。由于二极管D2，电容器C的放电只有经过电阻R8才能实现。如果出于任何理由希望时间t1大于时间t2，那么只需要将二极管D2两极反向就可以了。
由三个电阻R2，R3和R4构成的“二元”分压器，原则上也可以由两个分开的分压器彼此并联于直流电压源UB来代替，其中一个用于运算放大器OP1，而另一个与运算放大器OP2相连。
权利要求
1.用于直流电源供电的电子装置抗过载保护电路，该装置安装于以数字信号形式传输通讯信号的用户线的始端或终端，其特征在于，-在直流电源(UB)和用户线(ASL)之间，与欧姆电阻(R1)串联地接入一个有源的限流组件(4)，该限流组件(4)的电流通过限度取决于电阻(R1)上压降的大小，而且可以调节，-限流组件(4)接有一个转换电压发生器(K)，由于转换电压发生器，组件(4)在用户线过载时，可以周期地按照一个可以调整的时间截止和导通。
2.根据权利要求
1所述的电路，其特征在于，限流组件(4)中装有一个晶体管(T1)，其控制极与转换电压发生器(K)的输出端经过二极管(D3)相连。
3.根据权利要求
1或2所述的电路，其特征在于，在晶体管(T1)的控制极上接有一个运算放大器(OP1)的输出端，运算放大器的一个输入端(01)接在并联于直流电压源(UB)的分压器(R2，R3和R4)上，另一个输入端(02)接在晶体管(T1)和与晶体管(T1)串联的欧姆电阻(R1)之间。
4.根据权利要求
1至3中之一的电路，其特征在于，转换电压发生器(K)的一个输入端(E1)与限流组件(4)相连。
5.根据权利要求
1至4中之一的电路，其特征在于，转换电压发生器(K)具有一个运算放大器(OP2)，运算放大器的输出端经过二极管(D3)与晶体管(T1)的控制极相连，运算放大器的一个输入端(03)接在与直流电压源(UB)并联的分压器(R2，R3，R4)上，另一个输入端(04)经过二极管(D1)与限流组件(4)相连，同时，也经过电容器(C)与直流电压源(UB)的一个极相连;并且在运算放大器处，输入端(04)和输出端一方面经过一个由二极管(D2)和电阻(R7)组成的串联电路、另一方面经过与串联电路并联的电阻(R8)，彼此连结在一起。
6.根据权利要求
2至5中之一的电路，其特征在于，晶体管(T1)是金属氧化物半导体场效应晶体管，即莫斯管(MOSFET)。
7.根据权利要求
2至5中之一的电路，其特征在于，晶体管(T1)是双极晶体管。
8.根据权利要求
2至5中之一的电路，其特征在于，晶体管(T1)是场效应晶体管。
专利摘要
本发明涉及一种接于用户线(ASL)上由直流电源供电的电子装置的保护电路。为了限制用户线过载时的电流而设置了一个莫斯管(T1)(MO SFET)作为限流组件。当莫斯管(T1)处于限流状态时，它可以借助转换电压发生器(K)周期地进行截止和导通。电路在正常工作状态时，转换电压发生器(K)不工作。通过适当选择转换电压发生器的参数，可以将莫斯管(T1)的截止时间调整得大于其限流时间，以避免莫斯管(T1)温升过高。
文档编号H02H3/087GK87107404SQ87107404
公开日1988年6月29日 申请日期1987年12月12日
发明者马丁·布拉姆斯 申请人:电缆金属电气有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan