А. Ю. Пашкевич, зам технического директора А. В. Сергеев, нач отдела нпо «Инженеры электросвязи»

А.Ю.Пашкевич, зам.технического директора

А.В.Сергеев, нач.отдела НПО «Инженеры электросвязи»

В.С. Федосов, главный инженер комплекса «Оптрон» ОАО «Протон»

Д.М. Барановский, директор ЗАО «Синтэк»

Совместная разработка производителей

оборудования связи и компонентов.
По техническому заданию НПО «Инженеры электросвязи» предприятиями электронной промышленности разработано несколько новых компонентов, которые могут найти применение не только в технике защиты от перенапряжений, но и в других областях электроники.

Представляем два из них: элемент токовой защиты (ЭТЗ) и светодиод, разработка которого проходила под названием «Сириус».

Элемент токовой защиты.

Разработка ЭТЗ началась в 2001 г., первый вариант был выполнен в виде гибрида позистора и электронной схемы [1]. Далее были разработаны, и с 2002 г. серийно производились модули кроссовой защиты, ЭТЗ в которых был собран на дискретных элементах. Основной недостаток данного решения – низкая технологичность и высокие затраты на производство.

В 2004-2005 годах была проделана большая работа, результатом которой стали разработка и запуск в серийное производство ЭТЗ, выполненного в виде дискретного элемента [2] . Были так же значительно улучшены электрические параметры ЭТЗ и получен ряд новых качеств, например, уход в обрыв при повреждении.

Новое поколение ЭТЗ представляет собой гибридную интегральную микросхему, которая включается в разрыв линии связи и защищает подключенное к ней оборудования, от перегрузки по току.

В рабочем режиме ЭТЗ находится во включенном низкоомном состоянии, а его эквивалентную схему можно представить в виде простого резистора сопротивлением порядка 60Ом, имеющего линейную ВАХ. Прибор сохраняет низкоомное состояние до тех пор, пока значения протекающего через него постоянного тока или амплитуда переменного тока не приблизится к, так называемой, величине тока ограничения (I_огр. ). Протекание тока в линии, в разрыв которой включен ЭТЗ, больше величины I_огр.не возможно, так как прибор при этом, продолжая находиться во включенном состоянии, переходит в режим ограничения тока.

Если величина действующего значения переменного напряжения, падающего на ЭТЗ, превысит, так называемое, напряжение срабатывания Uср., прибор переходит в высокоомное, выключенное состояние, т.е. разъединит линию. Следует отметить, что переход из включенного состояния в выключенное происходит всего за несколько десятков микросекунд, а обратное переключение занимает время, измеряемое уже сотнями миллисекунд. Таким образом, например, при попадании в линию связи постороннего напряжения электросети переменного тока частотой несколько десятков герц с действующим значением напряжения более Uср., ЭТЗ как бы «зависает» в высокомном состоянии, что с точки зрения рассеиваемой мощности выгодно отличает его от известных устройств защиты, статическая и динамическая ВАХ которых идентичны [3].

ЭТЗ имеет пробивное напряжение 350В, что позволяет эффективно использовать его для защиты оборудования проводной связи от опасных токов, вызванных попаданием сетевого напряжения 220В в линию связи. В некоторых условиях применения такой элемент находиться вне конкуренции по сравнению с распространёнными на данный момент более инерционными позисторами [4] и другими электронными схемами защиты от сверхтоков. Например, когда не допустимо протекание большого разогревающего тока, необходимого для перехода позистора из включенного в выключенное состояние, через защищаемое оборудование или в цепях, где только переменное напряжение определенной амплитуды воспринимается как аварийное, а протекание постоянного тока не должно приводить к отключению линии. Так же не мало важной является возможность применения элемента в условиях ограниченного пространства, где невозможно применение габаритных электронных схем, например модули кроссовой защиты АТС. Сравнение основных параметров ЭТЗ и его ближайшего конкурента, самого распространённого элемента токовой защиты для оборудования связи в настоящее время – позистора. Приведено в таблице 1.

Таблица 1

Параметр	ЭТЗ-Э	Керамический Позистор	Полимерный позистор (PolySwich)	Предохра-нитель
1. Номинальное сопротивление при Т = 25 ОС, не более, Ом.	не более 70	от 36	от 7	Еденицы Ом
2. Диапазон рабочих токов, гарантированного несрабатывания, мА.	0-65 *	0-60	0-120	< тока срабатывания
3. Ток переключения (срабатывания) 50/60Гц, мА 10%.	90*	от 120	от 250	от 100
4. Установившийся ток при Ua.c. = 230 В, не более, мА.	3	10	10	нет
5. Скорость срабатывания.	2 мс Независимо от величины протекающего тока	Десятки секунд в зависимости от величины протекающего тока	Десятки секунд в зависимости от величины протекающего тока	Единицы секунд
6. Время восстановления (переход в низкоомное состояние после снятия напряжения Ua.c. = 230 В), мс.	2	от 1,5 минут в зависимости от температуры окруж. среды	от 1,5 минут в зависимости от температуры окруж. среды	одноразовый
7. Количество циклов срабатываний при воздействии Ua.c. = 230 В, не менее, раз.	100	10	10	1
8. Температура на поверхности элемента в сработавшем состоянии, ОС	не более 30	~120	~120	-
9. Отклонения номинального сопротивления после воздействия Ua.c. = 230 В	нет	10%	увеличивается на 40%	-
10. Допустимый ток перегрузки, А.	2	2	до 1	< тока срабатывания

* - диапазон рабочих токов и ток переключения могут настраиваться под конкретное оборудование.

Серийно выпускаемая в данный момент модификация ЭТЗ разрабатывалась в первую очередь для защиты электронных АТС и с учётом особенностей работы в рамках [5]. Так, например, благодаря специальному алгоритму срабатывания элемента он не приведёт к ложному отключению линии в случае, когда абонент снимает трубку во время вызывного сигнала. В данной ситуации в линии кратковременно протекает ток, по величине превышающий уровень опасного тока для большинства электронных АТС (на практике более 110 мА), а напряжение в линии, согласно [5], может составлять до 220 В. При этом простейшие быстродействующие электронные схемы разъединяют линию, что АТС воспринимает как повешенную абонентом трубку, и связь между абонентом и АТС не состоится. ЭТЗ, как говорилось выше, ограничит амплитуду опасного тока до безопасного уровня, не разъединяя линию и при этом защищая АТС от перегрузки.

Применение ЭТЗ позволяет гарантировано защитить оборудование проводной связи (например, аналоговый абонентский комплект АТС) при попадании в линию связи постороннего напряжения. Гибкость схемы позволяет варьировать защитные уровни и другие основные параметры, что позволяет говорить о возможности его применения для защиты широкого спектра оборудования проводной связи и другого электронного оборудования. В настоящее время ведутся исследования по применению ЭТЗ для защиты оборудования цифровых абонентских линий.

Светодиод «Сириус»

Для работы светодиода через него необходимо пропустить ток. Для обеспечения рабочего режима светодиода в аппаратуре необходимая величина тока обеспечивается резистором или драйвером тока.

Для некоторых режимов работы светодиода, например, в качестве индикатора наличия сетевого переменного напряжения 220 Вольт, такие решения оказываются неприемлемыми. Светодиод с ограничивающим резистором обладает слабой светоотдачей при большой рассеиваемой мощности резистора, драйвер тока требует дополнительного источника питания.

Для использования в цепях переменного напряжения 220 В разработан светодиод со встроенным высоковольтным источником тока. Источник тока генерирует ток величиной 2 мА в диапазоне напряжений от 20 до 400 В, что обеспечивает необходимую яркость свечения светодиода в указанном диапазоне напряжений. Для более эффективной работы светодиода разработан двунаправленный источник тока, позволяющий использовать обе полуволны напряжения. Разработанная технология позволяет получать светодиоды различных цветов свечения .

Спектр областей применения данного светодиода неограничен индикацией сетевого напряжения 220 В. Как видно из приведенного диапазона напряжений он может быть использован как универсальный индикатор напряжений диапазона 20…400 В как переменного, так и постоянного тока. Источник тока также может использоваться как самостоятельный функциональный элемент для ограничения тока в различных узлах аппаратуры.

Особенности данного светодиода позволяют эффективно применять его в устройствах с небольшими габаритами, например в качестве индикатора опасного напряжения в составе модулей кроссовой защиты АТС, а также упростить технологию, сократить номенклатуру изделий и трудозатраты при производстве любых электронных изделий с индикацией напряжения. Последнее не мало важно при производстве однотипных изделий с необходимостью индицировать различные уровни напряжений.

Обращаем внимание, что исключительные права на применение ЭТЗ для защиты от перенапряжений и сверхтоков принадлежат НПО «Инженеры электросвязи». Считаем технически и экономически целесообразным его установку непосредственно в оборудование, прежде всего в платы абонентских комплектов АТС. Правообладатель готов рассмотреть предложения производителей оборудования об использовании ЭТЗ в их изделиях.

Светодиод «Сириус» может иметь значительно более широкое применение. Поэтому НПО «Инженеры электросвязи» не считает нужным, несмотря на свое участие в разработке и финансирование производства опытных партий, каким-то образом ограничивать выход «Сириуса» на рынок. Надеемся, что наша статья ознакомит потребителей с ним, что позволит организовать ОАО «Протон» серийное производство изделия, и благодаря этому снизить цену на светодиод «Сириус».

Литература

Свидетельство на полезную модель №18031, зарегистрировано 10.05.2001. Устройство токовой защиты. Авторы: Терентьев Д.Е., Цейтин А.Г.
Заявка № 2005106970/09 от 10.03.2005. Устройство защиты от токовых перегрузок. Авторы: Барановский Д.М., Терентьев Д.Е., Федосов В.С.
Патент США № 4475012, кл. Н04М 1/31, опубликован 02.10.84.
Circuit Protection Databook, Tyco Electronics Cor., 2004.
РД 45.54-95 СТЫКИ ОАТУ И АТС