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CN100581002C - 连接器以及其高压突波保护方法 - Google Patents

连接器以及其高压突波保护方法 Download PDF

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CN100581002C CN200610139633A CN200610139633A CN100581002C CN 100581002 C CN100581002 C CN 100581002C CN 200610139633 A CN200610139633 A CN 200610139633A CN 200610139633 A CN200610139633 A CN 200610139633A CN 100581002 C CN100581002 C CN 100581002C
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Abstract

本发明提供一种连接器，包括：至少一阻绝变压器，所述阻绝变压器包括一第一侧线圈以及一第二侧线圈，其中第一及第二侧线圈各具有一第一端点、一第二端点以及一中心抽头；以及一高压突波保护器，其设置在第一侧线圈的第一、第二端点与接地端之间，用以在发生高压突波事件时，借助尖端放电的方式，将高电压及所产生的崩溃过电流释放至所述接地端。

Description

连接器以及其高压突波保护方法
技术领域
本发明涉及高压突波保护，特别涉及一种具有高压突波保护的连接器以及其保护方法。
背景技术
只要与外部缆线耦接，电子电路就有可能因为缆线上的瞬时过电压而遭受损害。这种过电压的起因有很多种，例如雷击、静电放电、或远程设备的误动作都有可能。因此，现已开发出许多技术用以避免电路遭受潜在的高压突波损害。
图1是一个现有网络连接器。如图所示，网络连接器100借助瞬时电压抑制二极管10A～10D来进行信号线对信号线的雷击保护，并且通过将针脚TX+、TX-、RX+与RX-连接至电阻R1～R4与电容CH进行信号线对接地端的雷击保护。
然而，这种方式将会产生许多缺点：
(1)电阻体积太大会导致雷击能量通过电阻对其它组件产生放电干扰，但是为了承受雷击能量，电阻的体积又不能太小，因此需要非常谨慎地找出平衡点，并且为了增加组件隔离度而在电路板上涂上绝缘胶，却又造成制作的质量与生产时间延长的问题。
(2)由于电阻间的误差使得流经每一个电阻的电流会不同，因此阻抗值相对小的电阻将会承受较大的电流，而导致电阻的毁损。
(3)电阻组件将会造成成本上的增加。
(4)电阻组件会由于雷击而有老化的问题。
(5)电容连接将造成信号质量的下降，而影响传输距离。
(6)连接器的二次侧线圈(TL3与RL3)尚未保护，因此无法确保系统内部不受干扰，一般集成电路的额定电压电流基本上都不大，所以虽然一次侧线圈(TL1与RL1)的防护阻绝了大部分的能量，但在二次侧线圈仍会有几十伏特的感应电压，将可能造成主机板的毁损。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种连接器，包括至少一阻绝变压器包含一第一侧线圈以及一第二侧线圈，其中第一及第二侧线圈各具有一第一端点、一第二端点以及一中心抽头；一高压突波保护器，设置在第一侧线圈的第一、第二端点与接地端之间，用以在发生高压突波事件时，借助尖端放电的方式，将高电压以及产生的过电流释放至上述接地端。
本发明还提供一种连接器，包括一接头，包括一具有数个针脚的插槽，设置于一电路板之上；以及一高压突波保护器，设置于插槽的针脚与一接地端之间，用以在发生高压突波事件时，借助尖端放电的方式，将针脚上的高电压及产生的过电流释放至上述接地端。
本发明还提供一种高压突波保护方法，适用于一连接器，该连接器包括一插槽，该插槽设置在一电路板上并具有数个针脚，所述高压突波保护方法包括设置一高压突波保护器在插槽的数个针脚与一接地端之间，用以在发生高压突波事件时，借助尖端放电的方式，进行信号线对接地端的高压突波保护。
附图说明
图1为一个现有网络连接器。
图2为本发明连接器的一个实施例示意图。
图3为高压突波保护器与插槽的一个结构图。
图4为高压突波保护器与插槽的另一结构图。
图5为阻绝变压器与突波抑制单元的一个示意图。
图6为本发明连接器的另一个实施例结构图。
图7为图6所示的连接器的示意图。
图8A与图8B为本发明连接器的另一个实施例结构图。
具体实施方式
为了让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下面将结合附图对本发明的较佳实施例详细说明。
物体表面具有曲率处(例如尖端)在电强场度剧增的情况下，附近的空气会被电离而产生气体放电，也可称为尖端放电，本发明利用此原理在高压突波事件发生时，将一次侧所连接到的每一个针脚上的高压突波能量通过电容释放到接地端。
图2所示为本发明连接器的一个实施例。如图所示，连接器200包括一插槽22、两个阻绝变压器(isolation transformer)24A与24B、一高压突波保护器(high voltage impulse protector)26以及两个突波抑制单元(transient voltagesuppressing unit)28A与28B。在本实施例中，连接器200为一网络连接器，但不用以限定本发明。
插槽22耦接在一外部网络线(未图示)与阻绝变压器24A与24B之间，并且包括数个针脚(pin)TX+、TX-、RX+与RX-。举例而言，插槽22可借助对称脚位封装(Dual-in-Line Package，DIP)设置在一电路板(如图所示)之上。
阻绝变压器24A与24B分别具有一第一侧线圈与一第二侧线圈，并且第一及第二侧线圈各具有一第一端点、一第二端点以及一中心抽头。阻绝变压器24A与24B的第一侧线圈分别电性连接至插槽22，而阻绝变压器24A与24B的第二侧线圈分别借助连接端TD+、TD-、RD+与RD-电性连接至一外部的处理电路(未图示)，例如网络卡或主机板上的处理电路。举例而言，阻绝变压器24A的第一侧线圈的第一、第二端分别电性连接至插槽22的针脚TX+与TX-，而阻绝变压器24B的第一侧线圈的第一、第二端分别电性连接至插槽22的针脚RX+与RX-。
高压突波保护器26设置在阻绝变压器24A与24B的第一侧线圈的第一、第二端点与接地端之间，用以在发生高压突波事件时，借助尖端放电的方式，将高电压及产生的过电流释放至接地端。举例而言，如图3所示，高压突波保护器26为一导电层ML，其具有数个尖端物TP用以分别对准插槽22的针脚PN，但不直接与其电性连接，只有在发生高压突波事件时，才借助尖端放电的方式，进行信号线对接地端的高压突波保护。
换言之，高压突波保护器26在未发生高压突波事件(正常操作)时，与插槽22上的所有针脚是断路的(没有任何电性连接)，只有在发生高压突波事件时才借助尖端放电的方式产生电性连接。如图4中所示，导电层ML具有数个尖端物TP与插槽22的针脚PN间会存在一小间隔gp，使得尖端物TP与插槽22的针脚PN并未电性连接在一起。由于尖端放电是非接触性的设计，因此在一般情况下不会对信号产生任何影响，并且没有组件老化的问题，高压突波的能量是由连接到一次侧的针脚PN对尖端物TP放电，过程中会有0.5ns到10ns时间将电能转换成光能量的耗损，能量耗减后再通过电容释放到接地端。
由于阻绝变压器24A与24B的第一侧线圈的第一、第二端点电性连接至针脚TX+、TX-、RX+与RX-，因此在发生高压突波事件时，高压突波保护器26会借助尖端放电的方式，将针脚TX+、TX-、RX+与RX-上的高电压及产生的过电流释放至接地端，借以避免高压突波事件损害阻绝变压器24A与24B或与其连接的其它电路。
此外，高压突波保护器26还包括一电容CH，耦接导电层ML与接地端之间。电容CH为一电容，用以将高压突波的能量作缓冲，延长其放电时间使能量再次被损耗并将其余能量引导至接地端。举例而言，导体层ML可为一金属层，例如铜层，但不限定于此。
要注意的是，如图4中所示，导电层ML设置在一电路板29中，可使电路板29上的绕线更加简单，但在其它实施例中也有可能将导电层ML设置在电路板29的上表面TS或下表面BS上。
在某些实施例中，若是插槽借助表面黏着的方式(surface mount device；SMD)设置在电路板上，插槽的针脚可借助金属插头(plug)连接至电路板中，使得高压突波保护器的数个尖端物可以分别对准金属插头，但不与其电性连接，只在发生高压突波事件时借助尖端放电的方式，进行信号线对接地端的高压突波保护。
再度参考图2，突波抑制单元28A耦接在阻绝变压器24A与24B的第一侧线圈的中心抽头之间，而突波抑制单元28B耦接在阻绝变压器24A与24B的第二侧线圈的中心抽头之间，用以进行信号线对信号线的高压突波保护。换言之，突波抑制单元28A与28B可为限电压电流保护组件，用以分别箝制一次侧线圈所感应到的电压(及/或电流)与二次侧线圈所感应到的电压(及/或电流)。
举例而言，突波抑制单元28A与28B用以限制由针脚TX+、TX-、RX+与RX-所流入的电流、由阻绝变压器24A与24B的第二侧线圈的第一、第二端(连接端TD+、TD-、RD+与RD-)所流出的电流、针脚TX+、TX-、RX+与RX-上的电压、及/或阻绝变压器24A与24B的第二侧线圈的第一、第二端(连接端TD+、TD-、RD+与RD-)上的电压。再者，突波抑制单元28A与28B可由串联连接或并联连接的瞬时电压抑制二极管(TVS diode)、双向瞬时突波抑制二极管(polydiode)、突波吸收器(Surge Absorber)、积层式变阻器(varistor)、或齐纳二极管(Zener Diode)所组成，但不限定于此。
图5为阻绝变压器与突波抑制单元的一个示意图。如图所示，阻绝变压器24A的一次侧线圈包括一线圈TL1耦接至针脚TX+、一线圈TL2耦接至针脚TX-以及一中心抽头TPT1耦接至突波抑制单元28A。阻绝变压器24B的一次侧线圈包括一线圈RL1耦接至针脚RX+、一线圈RL2耦接至针脚RX-以及一中心抽头RPT1耦接至突波抑制单元28A。阻绝变压器24A的二次侧线圈包括一线圈TL3耦接至连接端TD+、一线圈TL4耦接至连接端TD-以及一中心抽头TPT2耦接至突波抑制单元28B。阻绝变压器24B的二次侧线圈包括一线圈RL3耦接至连接端RD+、一线圈RL4耦接至连接端RD-以及一中心抽头RPT2耦接至突波抑制单元28B。在此实施例中，突波抑制单元28A与28B是由瞬时电压抑制二极管(TVS diode)所构成，但不限定于此。
一般而言，中心抽头在正常工作时应处于零电位，因此连接到中心抽头的突波抑制单元28A与28B，将不会使突波抑制单元28A与28B的杂散电容对信号有影响。
当高压突波事件发生造成信号线对信号线产生感应电位差时，在假设针脚TX+、TX-与RX+为高电位而针脚RX-为低电位情况下，线圈TL1与TL2间的中心抽头TPT1会有电流I1与I2流往突波抑制单元28A，且线圈RL1与RL2间的中心抽头TPR1也会有电流I3与I4流往突波抑制单元28A。换言之，电流I＝(I1+I2)＝-(I3+I4)，只要控制突波抑制单元28A的箝制电流，将可以有效地控制线圈TL1、TL2、RL1与RL2上的分支电流，进而抑制二次侧的感应电流。同样地，可以连接至二次侧线圈的中心抽头TPT2与TPR2的突波抑制单元28B，箝制二次侧线圈所感应出来的电流，即限制线圈TL3、TL4、RL3与RL4上的分支电流，形成第二次保护。
再者，在信号线对接地端的高压突波事件发生时，由于在每一脚位上的电压电流可能会不相同，突波抑制单元28A与28B依然能限制每一线圈上的分支流或箝制两中心抽头间的电压差，使电路板得到保护。
本发明具有下列优点：放电路径不直接接触信号、省去传统的电阻组件、不需要绝缘胶隔离与精简保护组件电路。具体说，由于没有电容、电阻与信号直接连接(放电路径不直接接触信号)，就不会有信号衰减的问题，因此本发明可以应用于任何高速的网络规格，均不会影响其传输功能。
再者，由于省去了传统的电阻组件，将可避免电阻组件间互相放电的干扰、由于电阻的阻值误差所导致的电压差造成保护组件或电阻的损坏以及电阻组件由于高压突波导致的老化问题，同时可节省印刷电路板的空间与上件时间。另外，因为不需要绝缘胶隔离，因此可以提高产品可靠度，同时减少制作时间。除此之外，由于突波抑制单元设置在两中心抽头之间，每一个突波抑制单元可提供四条信号线的保护，并且设置在二次测的突波抑制单元让主机板的高压突波保护更加的完善。
图6为本发明连接器的另一个实施例结构图。如图所示，连接器300包括插头32以及接头34。图7为图6所示的连接器的示意图。在本实施例中，连接器300为一网络连接器，但不用以限定本发明。
插头32借助缆线36连接至接头34，且接头34包括图2所示的插槽22与高压突波保护器26，其中高压突波保护器26设置在插槽22的针脚与接地端之间，用以在发生高压突波事件时，借助尖端放电的方式，将针脚上的高电压及产生的过电流释放至接地端。举例而言，高压突波保护器26包括：一导电层ML，其具有数个尖端物TP用以对准插槽22的数个针脚PN，以及一电容CH，耦接导电层ML与接地端之间。高压突波保护器26的动作与图2～4中所示的相同，在此不再重复叙述。
图8A与图8B为本发明连接器的另一个实施例结构图。如图所示，连接器400包括一插槽22、一插头32以及一设置于一外壳42内的电路板(未示于图中)，其中此电路板设置有图2中所示的高压突波保护器26。插槽22、插头32与高压突波保护器26借助电路板电性连接，并高压突波保护器26设置在插槽22的针脚与接地端之间，用以在发生高压突波事件时，借助尖端放电的方式，将针脚上的高电压及产生的过电流释放至接地端。举例而言，高压突波保护器26包括：一导电层ML，其具有数个尖端物TP用以对准插槽22的复数针脚PN，以及一电容CH，耦接导电层ML与接地端之间。高压突波保护器26的动作与图2～4中所示的相同，在此不再重复叙述。
以上已对本发明的较佳实施例进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (13)

1.一种连接器，其特征在于，包括：
两个阻绝变压器，每个阻绝变压器包括一第一侧线圈以及一第二侧线圈，其中所述第一及第二侧线圈各具有一第一端点、一第二端点以及一中心抽头；以及
一高压突波保护器，设置在所述第一侧线圈的第一、第二端点与接地端之间，用以在发生高压突波事件时，借助尖端放电的方式，将高电压及产生的过电流释放至所述接地端；以及
突波抑制单元，用以进行信号线对信号线的高压突波保护，其中所述两个突波抑制单元中的一个耦接在所述两个阻绝变压器的第一侧线圈的中心抽头之间，且另一个耦接在所述两个阻绝变压器的第二侧线圈的中心抽头之间。
2.如权利要求1所述的连接器，其特征在于：所述突波抑制单元是由瞬时电压抑制二极管、双向瞬时突波抑制二极管、突波吸收器或积层式变阻器组成。
3.如权利要求1所述的连接器，其特征在于：还包括一插槽，其设置在一电路板之上，并且所述插槽具有数个针脚用以耦接至所述第一侧线圈的第一端点或第二端点，并且所述高压突波保护器包括数个尖端物用以对准所述插槽的数个针脚，但不与所述针脚电性连接。
4.如权利要求3所述的连接器，其特征在于：所述高压突波保护器在未发生高压突波事件时，与所述插槽的数个针脚并不电性连接，但在发生高压突波事件时，借助尖端放电的方式，将所述针脚上的高电压及产生的过电流释放至所述接地端。
5.如权利要求4所述的连接器，其特征在于：所述高压突波保护器包括：
一导电层，具有所述数个尖端物用以对准所述插槽的数个针脚；以及
一电容，耦接在所述导电层与所述接地端之间。
6.如权利要求5所述的连接器，其特征在于：所述导电层设置在所述电路板中或所述电路板上。
7.如权利要求1所述的连接器，其特征在于：所述连接器设置在一局域网络卡上或一主机板上。
8.如权利要求1所述的连接器，其特征在于：所述连接器为一网络线连接器。
9.一种高压突波保护方法，适用于一连接器，其特征在于：所述连接器包括一插槽，其设置在一电路板上并具有数个针脚，所述高压突波保护方法包括：
设置一高压突波保护器在所述插槽的数个针脚与一接地端之间，用以在发生高压突波事件时，借助尖端放电的方式，进行信号线对接地端的高压突波保护；
所述连接器还包括两个阻绝变压器，每个所述阻绝变压器包括一第一侧线圈以及一第二侧线圈，其中所述第一及第二侧线圈各具有一第一端点、一第二端点以及一中心抽头，且所述第一侧线圈的第一、第二端点分别电性连接至所述插槽对应的针脚；
设置一第一突波抑制单元于两个阻绝变压器的第一侧线圈的中心抽头之间，且一第二突波抑制单元于所述两个阻绝变压器的第二侧线圈的中心抽头之间，用以进行信号线对信号线的高压突波保护。
10.如权利要求9所述的高压突波保护方法，其特征在于：所述高压突波保护器包括数个尖端物用以对准所述插槽的数个针脚，但不与所述针脚电性连接，只在发生高压突波事件时，借助尖端放电的方式，将所述针脚上的高电压及产生的过电流释放至所述接地端。
11.如权利要求10所述的高压突波保护方法，其特征在于：所述高压突波保护器包括一导电层，具有所述数个尖端物用以对准所述插槽的数个针脚。
12.如权利要求11所述的高压突波保护方法，其特征在于：所述导电层设置在所述电路板中或所述电路板上。
13.如权利要求11所述的高压突波保护方法，其特征在于：还包括设置一电容，耦接在所述导电层与所述接地端之间。
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