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TW200810269A - Connection apparatus and high voltage impulse protection methods thereof - Google Patents

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TW200810269A
TW200810269A TW095129763A TW95129763A TW200810269A TW 200810269 A TW200810269 A TW 200810269A TW 095129763 A TW095129763 A TW 095129763A TW 95129763 A TW95129763 A TW 95129763A TW 200810269 A TW200810269 A TW 200810269A
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high voltage
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voltage surge
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Chien-Hsiang Huang
Muh-Jin Uang
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Giga Byte Tech Co Ltd
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Description

200810269 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明有關於高壓突波保護，特別有關一種具有高壓 突波保護之連接器以及其保護方法。 【先前技#?】 只要與外部纜線耦接，電子電路就有可能因為纜線上 之暫態過電壓，而有遭受損害的風險。這種過電壓的起因 有很多種，例如雷擊（lightening)、靜電放電（e^ectrostatic discharge)、或遠端設備的誤動作都有可能。因此，發展 出許多技術用以避免電路遭受潛在的高壓突波損害。 第1圖係為一習知網路連接器。如圖所示，網路連接 态100係錯由暫遙電壓抑制二極體1 qA〜1 〇d來進行信號 線對信號線的雷擊保護，並且藉由將針腳Τχ+、TX-、RX+ 與RX-連接至電阻R1〜R4與電容CH進行信號線對接地端 的雷擊保護。 然而’此種方式將會產生許多缺點： (1) 電阻體積太大會導致雷擊能量透過電阻對其它元 件產生放電干擾，但是為了承受雷擊能量，電阻的體積又 不能太小，因此需要非常謹地找出平衡點，並且為了增加 元件隔離度而在電路板上塗上絕緣膠，卻又造成製程良率 與生產時間延長的問題。 (2) 由於電阻間的誤差使得流經每一個電阻的電流會 不同’因此阻抗值相對小的電阻將會承受較大的電流，而 導致電阻的毀損。 (3) 電阻元件將會造成成本上的增加。
Client’s Docket N〇.:TW95064GB 5 TT5s Docket No:0932-A50773^TW/Finak^ennis/ 200810269 (4) 電阻元件會由於雷擊而有老化的問題。 (5) 電容連接將造成信號品質的下降，而影響傳輸距 離0 月 ⑹連接器的二次侧線圈（TL3與RL3)尚未保護，因此 無法確保系統内部不受干擾，一般積體電路(1C)的耐受電 壓電流基本上都不大，所以雖然一次侧線圈（TL1輿 的防護阻絕了大部分的能量，但在二次側線圈仍會有幾十 伏特的感應電壓’將可Sb造成主機板的毁損。 【發明内容】 本發明係提供一種連接為，包括至少一阻絕變壓哭勺 含一第一側線圈以及一第二侧線圈，豆中筮一芬哲 ™ ^ ^ τ ^ 及弟二綠 圈各具有一第一端點、一第二端點以及一中心抽頭；一^ 壓突波保護器，設置於第一侧線圈之第一、笙-' ’ Ν 地端之間’用以於發以壓突波事件時，藉由尖端玫^ 方式，將高電壓以及產生的過電流釋放至上述接地电。的 本發明亦提供-種連接器，包括一第_接頭 ° 之 具有複數針腳之插槽，設置於一電路板之上；以及一一一 突波保護器，設置於插槽之針腳與一接地端之門，一高壓 發生高壓突波事件時，藉由尖端放電的方式，於 高電壓及產生的過電流釋放至上述接地端。 上 本發明亦提供一種高壓突波保譜大& ^ 又々’2τ，適用於—、击 器，該連接器包括一插槽設置於一電路板 、、—運接 腳，前述高壓突波保護方法包括設置—古「並具有複數針 插槽之複數針腳與一接地端之間，用以於又 > 二邊裔於 件時’猎由尖端放電的方式’進行作缺2 s e、大波事 仃1。唬線對接地端之高
Clienfs Docket No. :TW95064GB ^ 丁T’s Docket No:0932-A50773-TW7Finak/Deimis/ 200810269 突波保護。 的、特徵、和優點能更 ，並配合所附圖示，作 為了讓本發明之上述和其他目 明顯易懂，下文特舉一較佳實施例 詳細說明如下： 【實施方式】 物體表面曲率的地方（例如尖端）在電強場度劇增的情 況下，附近的空氣會被解_產生氣體放電，亦
端放電，本發明係利用此原理在將高壓突波事件發生時， 將-次側所連接到之每-個針腳上的高壓 電容釋放到接地端。 mm 第2圖所示係為本發明之連接器之_實施例。如圖所 示’連接器、200包括-插槽22、兩個阻絕變壓器（is〇iati〇n _sf〇nner)24 A與24B、-高壓突波保護器（咖偷喂 impulse protector)26以及兩個突波抑制單元（加心加 voltage suppressing unit)28A 與 28B。於本實施例中，連 接益200係為一網路連接器，但不用以限定本發明。 插槽22係用以耦接於一外部網路線（未圖示）與阻絕 變壓斋24A與24B之間，並且包括複數針腳（pin)TX+、 TX-、RX+與RX-。舉例而言，插槽22係可藉由對稱腳位 封裝（Dual-in_Line Package，DIP)設置於一電路板（如圖所 示）上。
阻絕變壓器24A與24B皆具有一第一側線圈與一第 二側線圈，並且第一及第二側線圈各具有一第一端點、一 第二端點以及一中心抽頭。阻絕變壓器24A與24B之第 一侧線圈係分別電性連接至插槽22，而阻絕變壓器24A
Client’s Docket N〇.:TW95064GB TT^ Docket No:0932-A50773-TW/Fmak/Dennis/ 7 200810269 與24B之第二側線圈係分別藉由連接端td+、 ί 性連接至—外部的處理電路(未圖示），例如網路 卡，主機板上的處理電路。舉例而言，阻絕變㈣24Α 之=^_第— ' 第二端係分別電性連接至插槽24 ，針腳Τ，:與ΤΧ_ ’而阻絕變壓器24Β之第一侧線圈的第 一、弟二分別電性連接至插槽22之針腳RX+與RX-。 冋£大波保„蔓& 26係設置於阻絕變屋 的第一侧線圈之第一、第二端點與接地端之間，用贈 生高壓突波事件時，藉由尖端放電的方式，:高 ΐΪ過電流?放至接地端。舉例而言，如第3圖所示’高 只有在發生高謝事件;。不由直 =其電性連接， ^ T ^ Τ猎由尖端放電的方式，進 行信號線對接地端之高壓突波保護。 ^言之’高壓突波保護器26°在未發生高壓突波事件 (正¥操作）時，與插槽22上之所有針腳是斷路的（沒有任 =;= 在發生高壓突波事件時才藉由』放 電的方式產生電性連接。如第4圖巾所示，I ⑽呈 有複數尖端物TP與插槽22之針腳州間會存在二小間隔 gP，使得尖端物TR與插槽22的針腳州並未電性連接在 -起。由於尖端放電係非接觸㈣設計，因此在—般情況 ::!!信ϊί生任何影響，並且沒有元件老化的問題， 冋坚犬波的係由連接到一次側的針腳ρΝ對尖端物 ΤΡ旦放電，過程中一會有〇.5ns到1〇ns時間將電能轉換成光 旎ΐ的耗抽，能1耗減後再透過電容釋放到接地端。 由於阻絕變壓器24Α^24β的第一侧線圈之一、
Clienfs Docket N〇.:TW95064GB TT^ Docket No:0932-A50773-TW/Finak/Dennis/ 8 200810269 =連接至針腳τχ+、τχ…Rx+與Rx_，因
端放i的；ΐ犬:皮事件時’高壓突波保護器26會藉由尖 ，放電的方式’將針腳Tx+、TX_、RX 壓及產生的過電流釋访s# ϊ 务 ^ ^ .f Μ it 24I lit ^ ^ # 此外，高壓突波接之其它電路。 壓突波的能量作;ί間延-電容，用以將高 並將其餘能量引導^^㈣使能量再次被損耗 诿地褊。舉例而言，導體層CM係可 為-金屬2，:列如銅層’但不限定於此。 要庄心的疋，如第4圖中所示，導電層cM係設置於 一電路板29中，將可使得電路板29上的繞線更加地簡單 化，但在其它f施财亦有可能將㈣層CM設置於電路 板29之上表面TS或下表面33上。 在某些貫施例中’若是插槽係藉由表面黏著的方式 (surface mount device ; SMD)設置於電路板上，插槽的針 腳係可藉由金屬插塞(plug)連接至電路板中，使得高壓突 =護器之複數尖端物可以藉由分別對準金屬插塞’但不 …、電性連接，只在發生高職波事件時藉由矣端放電的 方式，進$于信號線對接地端之高壓突波保護。 —再度茶考第2圖’突波抑制單元28A係耦接於阻絕變 壓器24A與24B的第-侧線圈之中心抽頭之間，而突波 抑制單元28B係耦接於阻絕變壓器24八與24B的第二侧 線圈之中^抽頭之間’用以進行錢線對錢線之高壓突 波保護。換言之，突波抑制單元28A與28b係為可為限 電壓電流保護元件，用以分別箝制—次側線圈所感應到的
ClientSs Docket No. :TW95064GB TT^ Docket No:0932-A50773-TW/Fmak/Dennis/ 9 200810269 電壓（及/或電流）與二次侧線圈所感應到的電壓（及/或電 流）。 舉例而言，突波抑制單元28A與28B係用以限制由 針腳TX+、TX-、RX+與RX-所流入之電流、由阻絕變壓 器24A與24B的第二侧線圈之第一、第二端（連接端 TD+、TD-、RD+與RD-)所流出之電流、針腳τχ+、TX-、 RX+與RX-上的電壓、及/或阻絕變壓器24A與24B的第 二侧線圈之第一、第二端（連接端TD+、TD-、RD+與RD-) 上的電壓。再者，突波抑制單元28A與28B可由串聯連 接或並聯連接的暫態電壓抑制二極體(TVS diode)、雙向暫 態突波抑制二極體（polydiode)、突波吸收器（Surge Absorber)、積層式變阻器（varistor)、或齊納二極體（Zener
Diode)所組成，但不限定於此。 第5圖係為阻絕變壓器與突波抑制單元之一示意圖。 如圖所示，阻絕變壓器24A之一次侧線圈包括一線圈TL1 孝馬接至針腳TX+、一線圈TL2輕接至針腳TX-以及一中 心抽頭TPT1耦接至突波抑制單元28A。阻絕變壓器24B # 之一次側線圈包括一線圈RL1耦接至針腳RX+、一線圈 RL2耦接至針腳rx·以及一中心抽頭rpti |馬接至突波抑 制單元28A。阻絕變壓器24A之二次侧線圈包括一線圈 TL3耦接至連接端TD+、一線圈TL4耦接至連接端TD_ 以及一中心抽頭TPT2耦接至突波抑制單元28B。阻絕變 壓益24B之二次侧線圈包括一線圈RL3耦接至連接端 RD+、一線圈RL4耦接至連接端RD•以及一中心抽頭RpT2 耦接至突波抑制單元28B。於此實施例中，突波抑制單元 28A與28B係由暫態電壓抑制二極體（TVS di〇de)所構
Client’s Docket No.:TW95064GB TT^s Socket No:0932-A50773.TW/Finak^ennis/ l〇 200810269 成，但不限定於此。 击/又而'插頭於正常卫作時應處於零電位，因 此連接到t心抽頭之突波抑制單S28A與28Β，將不會使 大波:28A與28B之雜散電容對訊號有影響。 ::壓：波事件發生造成信號線對信號線產生 ，設針卿τχ+、τχ_與rx+為高電位而針腳 -為低包位^况下，線圈TL1與TL2間之中心抽頭TPT1 會有電流II與12流往突波抑制單元28八，且線圈似與
RIf。間之中心抽頭Tl>Rl亦會有電流13與14流往突波抑 制單兀28A。換言之，電流1==(11+12卜(13+14)，只要控制 突波抑制單το 28Α之箝制電流，將可以有效地控制線圈 TL1、TL2、RL1與反L2上的分支電流，進而抑制二次側 的感應電流。同樣地，可以連接至二次侧線圈之中心抽頭 ΤΡΤ2與TPR2的突波抑制單元28Β，箝制二次側線圈所 感應出來之電流’即限制線圈TL3、TL4、RL3與RL4上 的分支電流，形成第二階保護。 再者’於信號線對接地端的高壓突波事件發生時，由 於在每一腳位上的電壓電流可能會不相同，突波抑制單元 28Α與28Β依然能限制每一線圈上的分支流或箝制兩中 心抽頭間的電壓差，使電路板得到保護。 於本發明中具有下列優點，例如放電路徑不直接接觸 信號、省去傳統的電阻元件、不需要絕緣膠隔離與精簡保 護元件電路。仔細而言，由於沒有電容、電阻與信號直接 連接（放電路徑不直接接觸信號），就不會有信號衰減的問 題，因此本發明可以應用於任何高速的網路規格，皆不會 影響其傳输功能。
Client's Docket N〇.:TW95064GB 11 TT5s Docket No:0932-A50773-TW/Finak/Dennis/ 200810269 再者，由於省去了傳統的電阻 一 件間互相放電的干擾、由於電阻的阻值V:可ΐ免電= 差造成保護元件或電阻的損壞mr所導致 波導致的老化問題，同時可節 70件由於咼反大 時間。另外’因為不需要絕緣膠::電空間與3 可靠度’同時減少製程時間。除此之 匕可以提肉產:： 元設置於兩中心抽頭之間，每 ^於突波抑制早 條信號線的保護，並波抑制單元可提供四 機板的高Μ突波_紗的完t剩麵抑制單元讓主 第6圖係為本發明之連接器 一 示，連接器300包括插頭32以 ^例。如圖所 6圖所示之連接器的另〆示意圖。於本:弟7圖係為第 f為一網路連接器，但不用以限定；;，連接器 插頭32係藉由纜線％連 ^ 壓突波保護器20係設置於插掸，、濩斋26,其中高 脚上之高錢及產生之翁/釋針 高壓突波保護器26係包括一導電層2 :::二， TP用以對準插槽22之複數針腳PN，以及、―有^數^物 接導電層CM與接地端之間。高壓突波保輕 係與第2〜4圖中所示者相同，於此不再】26之動作 第8Α圖與第8Β圖係為本發明之連接哭 例。如圖所示，連接器400包括一插槽22灵施 及一設置於一外殼42内之電路板(未示於圖中） 電路板係設置有第2圖中所示之高壓突波保 f 1
Clienfs Docket N〇.:TW95064GB ^ 的 2()。插 TT's Docket No:0932-A50773-TW/Finak/Denms/ 12 200810269 槽22、接頭32與高壓突波保護器26係藉由電路板電性 連接，並額高壓突波保護器26係設置於插槽22之針腳與 接地端之間、，用以於發生高壓突波事件時，藉由尖端放電 的方式，將針腳上之高電壓及產生之過電流釋放至接地 端。舉例而言，高壓突波保護器26係包括一導電層CM 具有複數尖端物TP用以對準插槽22之複數針腳PN，以 及一電容CH，耦接導電層CM與接地端之間。高壓突波 保護器26之動作係與第2〜4圖中所示者相同，於此不再 累述。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何熟知技藝者，在不脫離本發明之精神和 範圍内，當可作些許更動與潤飾，因此本發明之保護範圍 當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
Client’s Docket N〇.:TW95064GB 13 TT5s Docket No:0932-A50773-TW/Finak/Dennis/ 200810269 【圖式簡單說明】 ^ 1圖係為1知網路連接器。 :;圖所示係為本發明之連接器之 ί圖所不係為高壓突波保護器與插二f二 弟4圖所示係為高壓突波保護器不意圖。 第5圖係為阻絕變麗器與突波抑制=示意圖。 第6圖係為本發明之連接器之另—ϋ示意圖。 第7圖係為第6圖所示之連接哭 _ ^ ^ ο Λ 一不意圖。 例 弟A圖與弟δΒ圖係為本發明之連接器之另一實施 【主要元件符號說明】 10Α〜10D :暫態電壓抑制二極體； 24Α、24Β 28Α、28Β 32 :播頭; 36 :纜線； 100 :網路連接器； TS :上表面； TL1 〜TL4、RL1 〜RL4 ··線圈； 阻絕變壓器； 突波抑制單元； 22 :插槽； 26 :高壓突波保護器 29 :電路板； 34 :接頭； 42 :外殼； 200、300 :連接器； BS :下表面； ΤΡΤ1、ΤΡΤ2、TPm、TPR2 ··中心抽頭； TD+、TD-、RD+、RD-:連接端； TP :尖端物； TX+、TX_、RX+ CH :電容； ^:針腳； CM :導電層; gp :間隔； R1〜R4 :電阻 I、II〜14電流
Client’s Docket N〇.:TW95064GB TT^ Docket No:0932-A50773-TW/Finak/Dennis/ 14

Claims (1)

  1. 200810269 十、申請專利範圍： L一種連接器，包括； 至少一阻絕變壓器，包括一第一 卜 線圈，豆中卜汁蝥 】、、、裏圈u及一第二側 ，、〒上述弟一及第二侧線圈各具 山 第二端點以及—中心抽頭；以及、弟u、- 第；保護器，設置於上述第-侧線圈之第-、 弟一鈿點與接地端之間，用以於d 接地端。V⑹餘及產生的過電流釋放至上述 2·如申睛專利範圍第1項所述之連接哭 -突波抑制單元，用以進行 ：:之少 護。 現線之咼壓突波保 3·如申請專利範圍第2項所述之 接器係包括兩個阻纟。’其中上述連 上述兩個突波㈣抑制單元，其中 壓器之第一側绩圍^ ώ係耦接於上述兩個阻絕變 側線圈的中心抽頭之間，且另一者#叙接於卜 述兩個阻絕變壓器之第二側線圈的中心抽頭之：上 4·如申請專觀圍第2項所述之連接 心大波抑制一極體（P〇lydi〇de)、突波吸收器（Su Absorber)或積層式變阻器（varist〇r)所構成。 5·如申請專利範圍第1項所述之連接器，更包括一插 槽設置於-電路板之上，並且上述插槽具有複數針腳乂㈣ 用以耦接至上述第一側線圈之第一端點或第二端點，並且 上述高壓突波保護器係包括複數尖端物用以對準上述插 槽之複數針腳，但不與上述針腳電性連接。 Client’s Docket N〇.:TW95064GB TT^ Docket No:0932-A50773.TW/Finak/Dennis/ 15 200810269 6·如申請專利範圍第5項所 1突波保護器於未發生高屢突波=接盗，其中上述高 數針腳並不電性連接（開路），但於 述插槽之複 係藉由尖端放電的方式，將上述針腳上事件時， 過電流釋放至上述接地端。 之问電壓及產生之 7.如申請專利範圍第5項所述之哭、 壓突波保護器係包括·· 接。。’其中上述高 _導電層’具有上述複數尖端物用
    複數針腳；以及 +上述插槽之 一電容，耦接上述導電層與上述 8. 如申請專利範圍第7項所述之連接^之^ 電層係設置於上述電路板中或上述電路板上述& 9. 如申請專利範圍第丨項所述之連接^，其 接态設置於一網路卡（local area netw〇rk以 主' 板上。 ；A主機 、10.如申請專利範圍第i項所述之連接器，其 連接器係為一網路線連接器。 11.一種連接器，包括； 一接頭，包括一插槽設置於一電路板之上，並且 插槽具有複數針腳；以及 咼壓犬波保濩益，设置於上述插槽之針腳盘一接地 端之間，用以於發生高壓突波事件時，藉纟尖端放電的方 式，將上述針腳上之高電壓及產生之過電流釋放至上述接 地端。 12.如申请專利範圍第11項所述之連接器，其中上述 鬲壓突波保護器於未發生高壓突波事件時，與上述插槽之 Client’s Docket N〇.:TW95064GB TT^ Docket No:0932-A50773-TW/Finak/Dennis/ 16 200810269 複數針腳並不電性連接。 其申上越 其中上述 13.如申請專利範圍第u 連接器係為一網路線連接P。 ^之連接裔 14·如申請專利範圍第u 高壓突波保護器係包括：貝所述之連接器 -導電層，包括複數尖端物 針腳；以及 對準上迷插槽之複數 一電谷，||接上述導電居鱼
    15·如申請專利範圍第^項上述接地端之間。 一插頭耦接電性連接至上述接碩斤述之連接器，更包括一 16·—種高壓突波保護方法，、 上述連接器包括一插槽設置於一 ^用於一連接器，其中 腳(pin)，上述高壓突波保護方法勺私路板上並具有複數針 設置一高壓突波保護器於^# · 接地端之間，用以於發生高壓突述插槽士之複數針腳與一 的方式，進行信號線對接地嫂事件4，藉由尖端放電 17_如申請專利範圍第16 大波保濩。 法，其中上述連接器更包括至小t所述之高壓突波保護方 變壓器包括一第一侧線圈以及一#阻、、、巴父壓态，上述阻絕 -及第二側線圈各具有一第〜：：二侧線圈，其中上述第 心抽頭，且上述第一側線圈之第一斤第一端點以及一中 連接至上述插槽之針腳中腎應之一、第二端點係分別電性 18·如申請專利範圍第1? 者。 法，更包括設置-第-突波抑•卜所述之高壓突波保護方 第-側線圈的中心抽頭之間，且2=於兩個阻絕，壓器之 述兩個阻絕變壓器之第二側後_弟^一大波抑制單兀於上 Clients Docket N〇.:TW95064GB TT^ Docket No:0932-A50773-TW/Finak/Dennis/ 4碾圈的中心抽頭之間，用以進 17 200810269 行信號線對信號線之高壓突波保護。 19. 如申請專利範圍第17項所述之高壓突波保護方 法，其中上述高壓突波保護器係包括複數尖端物用以對準 上述播槽之複數針腳，但不與上述針腳電性連接，只在發 生高壓突波事件時，藉由尖端放電的方式，將上述針腳上 之南電壓及產生之過電流釋放至上述接地端。 20. 如申請專利範圍第19項所述之高壓突波保護方 法，其中上述高壓突波保護器係包括一導電層，具有上述 複數尖端物用以對準上述插槽之複數針腳。 21. 如申請專利範圍第20項所述之高壓突波保護方 法，其中上述導電層係設置於上述電路板中或上述電路板 上。 22. 如申請專利範圍第20項所述之高壓突波保護方 法，更包括設置一電容，耦接上述導電層與上述接地端之 間。 Clienfs Docket N〇.:TW95064GB 18 TVs Docket No:0932-A50773-TW/Fmak/Deimis/
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