專利名稱：全電子集成電路保安單元的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電話局通訊機房中程控交換機過電壓、過電流保護裝置，特別涉及固定電話網總配線架(MDF)上使用的保安單元。
背景技術：
保安單元是現代通信設備中一個必不可少的部件，它主要用于防止外線在遭遇雷擊或強電壓(電流)侵入時，保護通信中樞設備——價值昂貴的程控交換機。現有技術中保安單元由過壓保護元件(放電管)和過流保護元件(自恢復保險絲)和告警系統三大基本部件組成。縱觀保安單元的發展，以過壓保護元件分類，大致經歷了三代產品第一代產品是氣體放電管，其過壓保護元件采用充有少量放射性的惰性氣體的放電管。該產品國內在90年代初被大量使用，其優點是發熱量高，告警動作穩定，但由于其氣密性差，使用壽命短并有一定量的放射性同位素，不符合國家環保。因此，在進入90年代后期，逐步被第二代產品所取代。
第二代產品是半導體固體放電管，其過壓保護元件采用特殊的半導體器件代替了氣體放電管。由于該產品克服了氣體放電管的缺點，提高了保安單元的使用壽命，同時又無放射性，因此，曾受到過用戶歡迎。但是，由于其不可能產生過高的熱量，離散性較大，因此，這種放電管普遍存在著因發熱不夠而造成保安單元告警性能不穩定，告警動作時間不一致的固有缺點。
以上兩代保安單元的工作原理是將放電管并聯在線路上的，當線路上出現過電壓時，放電管被此過電壓擊穿而使線路上的電壓被放電管的放電電壓所鉗位而起到保護。與此同時，由于放電管擊穿時，在管子內部會產生大量的熱量，放電管的溫度升高而使低溫錫片熔化，改變告警簧片的間隙，使簧片接觸產生告警信號。據有關資料介紹，氣體放電管所產生的熱量為20毫焦耳，熔化低溫錫片是完全足夠的。而半導體固體放電管所產生的熱量為0.5毫焦耳，僅為氣體放電管的四十分之一。氣體放電管與固體放電管的相同之處是(1)、利用器件溫升發熱來熔化低溫焊錫，以改變簧片間距從而實現告警和接地；(2)告警和保護接地由簧片觸點接觸而形成。
正由于這些特點，給產品帶來了許多不足之處(1)、器件溫升的一致性難以控制；(2)、低溫焊錫的熔點的批次一致性相差甚大；(3)、告警和保護接地簧片的間隙一致性難以控制；(4)、由于告警接地和告警信號采用二組簧片，因此，二個簧片的觸點接觸不易同步，常會出現只有保護接地而沒有告警或只有告警而不產生接地保護，而這二種狀態均是不允許出現的。
隨著電信事業的發展，人們對通信維護的要求也正在逐步提高，因此，目前國內正在推出第三代保安單元，希望能克服現有的第一、二代保安單元存在的種種弊病。
第三代產品是一種半電子式保安單元，即使用專用集成電路(CLP270M)的保安單元，這種保安單元是將過壓檢測、過流檢測及告警等三個功能集成在一個CLP270M集成電路器件上，配以少量外圍元件組成新一代的保安單元。只要器件檢測到過壓或過流，即通過FS端發出告警(接地)信號。該器件具有檢測靈敏度高，動作速度快等優點。目前正在部份省、市中試用。
目前，我們收集了推向市場的各種集成電路保安單元，通過對它們的結構分析和對集成電路內部電路功能的分析，認為目前這種集成電路保安單元沒有完全合理地使用該器件的應有性能，從實現“告警功能”而言，仍然延用了第一、二代保安單元中利用器件溫升發熱來熔化低溫焊錫的思路，而這種機理對半導體器件來說是最忌諱的。
眾所周知，一般半導體器件的P-N結有規定的結溫要求，如Si器件，其P-N結的最高結溫為150℃；Ge器件，其最高結溫為75℃，器件超過這個結溫，P-N結將會失效，器件就會失去功能。因此，人們為了避免器件失效，常常采用多種手段降低器件溫升，也就是講，在使用半導體器件中，最忌諱的是器件溫度升高。在第二代保安單元中使用的半導體固體放電管是屬于硅器件，為了使其能滿足保安單元的特殊需要，器件生產單位采用了特殊工藝，盡量使其溫度能升高，但最高也不能超過150℃。因此，作為保安單元，用半導體器件作為過壓保護是可以的，但要其能溫度升高熔化低溫錫片是十分勉強的。
根據CLP270M集成電路內部框圖(附圖1)和推薦典型應用電路圖(附圖2)，現器件工作狀況分析如下過壓檢測當線路遭遇過壓電壓時，當過電壓值大于器件的過壓檢測驅動單元的門限閥值時，過壓檢測驅動器使器件內部的電子開關SW1(或SW2)由截止至導通，將過壓電壓短路接地，使A’(或B’)端輸出為零，保護了設備。又由于SW1(或SW2)動作后，使過壓檢測驅動器無過壓或過流信號檢測，該驅動器又恢復原狀，SW1(或SW2)再由導通至截止。如果此時外部過壓還未排除，驅動器再次重復上述過程，這樣器件一直處于這種不斷反復的開關轉換狀態，直至外部過壓電壓撤除為止。與此同時，器件每次從截止轉至導通，SW3(或SW4)也會同步閉合接地一次，即從FS端發出告警(接地)信號一次。
過流檢測過流電流流經外接電阻R1(或R2)，在R1(或R2)上產生一個電壓降，只要此電壓降超過器件的過流檢測驅動器單元的門限閥值，過流驅動器則動作，同樣使器件內部的SW1(或SW2)動作，以后整個過程同過壓檢測的動作相同，只是處理的對象是電流而已，動作過程從略。
如果器件內部驅動器和開關在無休止地處于反復開、關轉換狀態，必然使器件本身溫度不斷地升高，乃至失效。可以講，這個特性是器件的最壞的特性。而目前所推出的集成電路保安單元就是利用了器件這個最壞的特性，使器件溫度升高直至能熔化低溫焊錫，將告警簧片彈起接觸接地而實現保護和告警。如此使用集成器件，只是在名義上給用戶以使用了集成電路的假象，而實質上與使用第一代氣體放電管和第二代半導體固體放電管沒有本質上的區別。由此可見，所謂第三代集成電路保安單元歸納起來表現為(1)、仍然利用器件的溫升來熔化焊錫，并未擺脫利用器件發熱的機理；(2)、告警信號的產生仍然是利用簧片接觸；(3)、仍然利用焊錫固定簧片方式。這對提高產品的可靠性、一致性沒有起到根本上變化。
本實用新型針對上述半電子式集成電路保安單元所存在的問題，提供一種一種全電子集成電路保安單元，以克服上述不足。
發明內容
為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案是一種全電子集成電路保安單元，其電路包括一CLP270M專用集成電路IC，該集成電路IC的引腳TIPL和TIPS分別接在A”端和A’端，A”和A’之間連接電阻R1，引腳RINGL和RINGS分別接在B”端和B’端，B”和B’之間連接電阻R2，引腳GND接地，其特征在于該集成電路IC的告警輸出端FS與一狀態鎖存器的觸發端連接，該狀態鎖存器在電源與地之間構成一控制主回路，主回路中串聯有兩個告警繼電器和一個告警用LED指示燈，兩個告警繼電器分別將A”端和B”端接地或開路。
上述技術方案的有關內容和變化解釋如下1、上述方案中，所述狀態鎖存器是一種具有記憶功能的器件或電路，它可以將CLP270M集成電路的FS端第一次動作狀態寄存并進行鎖定。為了達到這一目的可以采用以下三種結構來實現(1)、狀態鎖存器采用單向可控硅，其控制極接集成電路IC的告警輸出端FS，陽極和陰極一個接地，另一個接電源，并構成控制主回路。
(2)、狀態鎖存器采用MOS場效應管，其柵極接集成電路IC的告警輸出端FS，源極和漏極一個接地，另一個接電源，并構成控制主回路。
(3)、狀態鎖存器由一只PNP型晶體管和另一只NPN晶體管組成，兩只晶體管模擬可控硅電路構成等效電路，其等效電路的控制極接集成電路IC的告警輸出端FS，陽極和陰極一個接地，另一個接電源，并構成控制主回路。
2、上述方案中，告警接地或開路是利用兩個告警繼電器的接點將過壓或過流接地或開路，以保護線路免受過壓或過流損壞。所述告警繼電器可以采用以下電路或器件(1)、兩個告警繼電器采用兩只MOC型雙向導通的可控硅光電耦合器，兩只可控硅光電耦合器中的LED管串聯在主回路中，而光敏雙向可控硅管分別將A”端和B”端接地或開路。
(2)、兩個告警繼電器采用兩只模擬開關或固態開關，兩只開關的控制端或控制單元串聯在主回路中，而開關執行單元分別將A”端和B”端接地或開路。
(3)、兩個告警繼電器采用超小型繼電器，其控制線圈串聯在主回路中，而執行單元分別將A”端和B”端接地或開路。
3、上述方案中，為了確保保安單元在故障未排除之前，線路處于高阻狀態，從而確保程控交接機與線路處于開路狀態，在兩電話線路的輸入端A和B分別串聯一自恢復保險絲PTC作開路保護器。
本實用新型工作原理以使用單向可控硅工作并以單側A線對地為例加以說明。參見附圖3所示，當線路產生過流時，過流電流在R1上產生一個電壓，當這個電壓超過電流檢測驅動單元的門限閥值時，過流檢測驅動單元將驅動器件內部的電子開關SW1和SW3。SW1使線路上的過流電流入地、SW3則通過FS端發出一個接地告警信號。將FS端信號引入單向可控硅的控制極，由于該可控硅管的陽極也接地(相當于48伏電源的正極)，當FS端產生接地時，也即是可控硅的控制極接入48伏電源正極，使可控硅管被觸發而導通。同樣，當線路出現過壓電壓時，器件內的過壓檢測驅動單元因線路電壓超過壓過檢測單元的門限閥值而驅動器件內部的SW1和SW3動作，二只電子開關的動作，同樣會使可控硅管導通。這就將集成電路的FS告警動作通過單向可控硅給記憶下來了，而串聯在可控硅管主回路中的MOC型光電耦合器中的二只LED燈和一只告警用LED燈也因可控硅的導通而同時工作。光電耦合器中的LED工作，使光電耦合器的光敏雙向可控硅管導通，將線路中過壓(或過流)電壓流經自恢復保險絲PTC元件后有效接地。此時，當接地電流大于PTC動作電流時，PTC因此而動作，形成高阻，從而切斷了外線路A與交換機A’之間的連接，有效地保護了程控交換機。告警用LED也發光告警。只要適當調整可控硅主回路的電流值，使其大于可控硅的維持電流；或不切斷可控硅管的主回路電源，則可控硅管的導通狀態將永遠保持下去。
由于上述技術方案運用，本實用新型與現有技術相比具有下列優點1、本實用新型巧妙地利用了CLP270M專用集成電路IC特有的檢測功能，并利用其FS端的輸出與外接的狀態鎖存器及告警繼電器連接實現了全電子化同步告警保護和告警信號的輸出，整個保安單元不需要外電源。
2、本實用新型所有的告警動作完全依賴于電子開關而工作，不僅克服了機械觸點接觸的弊端，而且貫徹擺脫了傳統利用集成電路發熱進行熔化焊錫的機理，從而進一步提高了器件及整個保安單元的可靠性。
3、本實用新型利用了集成電路的檢測功能，使單元的動作靈敏度大幅度提高，使程控交換機受到了真正的保護。
4、本實用新型由于電子開關的鎖定功能和PTC的作用，既確保了整個保安單元的動作迅速而又避免了器件的過熱，提高了保安單元的可靠性。
5、本實用新型動作過后，工作人員只要重新插拔該保安單元，保安單元就能恢復初始狀態，重復使用，節省了維護費用。
附圖1為CLP270M集成電路內部框圖；附圖2為本實用新型推薦的典型應用電路圖；附圖3為本實用新型實施例一電路原理圖，其中狀態鎖存器為單向可控硅，告警繼電器為MOC型雙向導通的可控硅光電耦合開關；附圖4為控制主回路電路圖，其中狀態鎖存器為MOS場效應管；附圖5為控制主回路電路圖，其中狀態鎖存器由一只PNP晶體管和一只NPN晶體管組成一個模擬可控硅電路；附圖6為本實用新型實施例二電路原理圖，其中狀態鎖存器為單向可控硅，告警繼電器為模似開關或固態開關組成的電路；附圖7為本實用新型實施例三電路原理圖，其中狀態鎖存器為單向可控硅，告警繼電器為超小型繼電器。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述實施例一參見附圖1和圖3所示，一種全電子集成電路保安單元，其電路包括一CLP270M專用集成電路IC，該集成電路IC的引腳TIPL和TIPS分別接在A”端和A’端，A”和A’之間連接電阻R1，引腳RINGL和RINGS分別接在B”端和B’端，B”和B’之間連接電阻R2，引腳GND接地，該集成電路IC的告警輸出端FS與一單向可控硅的觸發端連接，該單向可控硅在電源與地之間構成一控制主回路，主回路中串聯有兩只MOC型雙向導通的可控硅光電耦合器和一個告警用LED1指示燈，兩只可控硅光電耦合器中的LED2和LED3串聯在主回路中，而光敏雙向可控硅管分別將A”端和B”端接地。為了確保安全，在兩電話線路的輸入端A和B分別串聯一自恢復保險絲PTC作開路保護器，當故障未排除之前，線路處于高阻狀態，從而確保程控交接機與線路處于開路狀態。只有當故障排除后，工作人員只要重新插拔該保安單元，保安單元就能恢復初始狀態，從而實現單元的反復使用。
本實施例中，所述單向可控硅可以用MOS場效應管來替換，其柵極接集成電路IC的告警輸出端FS，源極和漏極一個接地，另一個接電源，并構成控制主回路，見圖4所示。所述單向可控硅也可以用可控硅等效電路來替換，具體狀態鎖存器由一只PNP型晶體管和另一只NPN晶體管組成，兩只晶體管模擬可控硅電路構成等效電路，其等效電路的控制極接集成電路IC的告警輸出端FS，陽極和陰極一個接地，另一個接電源，并構成控制主回路，見圖5所示。
實施例二參見附圖1和圖6所示，一種全電子集成電路保安單元，其電路包括一CLP270M專用集成電路IC，狀態鎖存器為單向可控硅。與實施例一不同之處在于所述兩個告警繼電器為兩只模擬開關，兩只開關的控制端或控制單元串聯在主回路中，而開關執行單元分別將A”端和B”端接地。其它與實施例一相同。
實施例三參見附圖1和圖7所示，一種全電子集成電路保安單元，其電路包括一CLP270M專用集成電路IC，狀態鎖存器為單向可控硅。與實施例一不同之處在于所述兩個告警繼電器為超小型繼電器，其控制線圈串聯在主回路中，而執行單元分別將A”端和B”端接地。其它與實施例一相同。
權利要求1.一種全電子集成電路保安單元，其電路包括一CLP270M專用集成電路IC，該集成電路IC的引腳TIPL和TIPS分別接在A”端和A’端，A”和A’之間連接電阻R1，引腳RINGL和RINGS分別接在B”端和B’端，B”和B’之間連接電阻R2，引腳GND接地，其特征在于該集成電路IC的告警輸出端FS與一狀態鎖存器的觸發端連接，該狀態鎖存器在電源與地之間構成一控制主回路，主回路中串聯有兩個告警繼電器和一個告警用LED指示燈，兩個告警繼電器分別將A”端和B”端接地或開路。
2.根據權利要求1所述的全電子集成電路保安單元，其特征在于所述狀態鎖存器為單向可控硅，其控制極接集成電路IC的告警輸出端FS，陽極和陰極一個接地，另一個接電源，并構成控制主回路。
3.根據權利要求1所述的全電子集成電路保安單元，其特征在于所述狀態鎖存器為MOS場效應管，其柵極接集成電路IC的告警輸出端FS，源極和漏極一個接地，另一個接電源，并構成控制主回路。
4.根據權利要求1所述的全電子集成電路保安單元，其特征在于所述狀態鎖存器由一只PNP型晶體管和另一只NPN晶體管組成，兩只晶體管模擬可控硅電路構成等效電路，其等效電路的控制極接集成電路IC的告警輸出端FS，陽極和陰極一個接地，另一個接電源，并構成控制主回路。
5.根據權利要求1所述的全電子集成電路保安單元，其特征在于所述兩個告警繼電器為兩只MOC型雙向導通的可控硅光電耦合器，兩只可控硅光電耦合器中的LED管串聯在主回路中，而光敏雙向可控硅管分別將A”端和B”端接地或開路。
6.根據權利要求1所述的全電子集成電路保安單元，其特征在于所述兩個告警繼電器為兩只模擬開關或固態開關，兩只開關的控制端或控制單元串聯在主回路中，而開關執行單元分別將A”端和B”端接地或開路。
7.根據權利要求1所述的全電子集成電路保安單元，其特征在于所述兩個告警繼電器為超小型繼電器，其控制線圈串聯在主回路中，而執行單元分別將A”端和B”端接地或開路。
8.根據權利要求1所述的全電子集成電路保安單元，其特征在于所述兩電話線路的輸入端A和B分別串聯一自恢復保險絲PTC作開路保護器。
專利摘要一種全電子集成電路保安單元，其電路包括一CLP270M專用集成電路IC，該集成電路IC的引腳TIPL和TIPS分別接在A”端和A’端，A”和A’之間連接電阻R1，引腳RINGL和RINGS分別接在B”端和B’端，B”和B’之間連接電阻R2，引腳GND接地，其特征在于該集成電路IC的告警輸出端FS與一狀態鎖存器的觸發端連接，該狀態鎖存器在電源與地之間構成一控制主回路，主回路中串聯有兩個告警繼電器和一個告警用LED指示燈，兩個告警繼電器分別將A”端和B”端接地或開路。本方案擺脫了傳統利用器件發熱熔化焊錫來控制簧片的機理，保護和告警動作靈敏，時間同步，可重復使用且可靠性高，是電話線路總配線架的新一代保安單元。
文檔編號H02H9/02GK2577490SQ0225789
公開日2003年10月1日 申請日期2002年10月18日 優先權日2002年10月18日
發明者徐烈英 申請人:蘇州工業園區新海宜電信發展股份有限公司