一种保安单元的制作方法

本发明涉及通信技术领域，尤指一种保安单元。

背景技术：

配线架的保安单元在通信线路中起过压过流防护、同时在外线电压异常时，还具有告警作用。图1为相关技术的一种保安单元的电路原理图，其中，a、b为保安单元的外线端，a’、b’为保安单元的内线端，s为保安单元警告信号端，gnd为保安单元的接地端。过流保护元件r1和r2为正温度系数热敏电阻(positivetemperaturecoefficientresistance，ptcr)，过压保护元件gdt1和gdt2为气体放电管(gasdischargetube，gdt)，k1和k2为常闭的主路开关，一般采用双金属片，依靠双金属片过热时发生形变来使主路断开。k3为常开的报警开关，与k1和k2联动，在有过压出现时，开关切换到保护地，在外部施加限流电源到s引脚和gnd的情况下，能点亮发光二级管h。

当有外部异常电压导致气体放电管电极两端的电压超过气体的击穿电压时，就会引起间隙放电，该气体放电管迅速的由高阻态变为低阻态，形成导通，从而保护了与其并联的其他电路，若该过电压持续时间较长时，则气体放电管因承受长时间或频繁的过电流而导致发热升温，使得双金属片因过热产生形变，从而断开主回路。在大批量生产的情况下，由于生产工艺、器件和装配等一致性差异，在气体放电管发热和双金属片断开主回路的配合上往往很难满足要求，使得该气体放电管存在短路或炸裂的风险，甚至会出现保安单元部件烧毁形成火灾。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种保安单元，避免由于长时间过电流导致过热而出现短路、炸裂的风险。

本发明实施例提供了一种保安单元，包括：并联的过压保护电路和告警指示电路，其中：

所述过压保护电路的初始状态为高阻状态，在两端电压大于击穿电压时，转换为导通状态，在流入的电流大于电流阈值，且持续时间超过时间阈值时，转换为开路状态；

所述告警指示电路在两端电压大于电压阈值时，输出告警信号。

在本发明实施例中，保安单元中的过压保护电路能满足相关电力线和雷击浪涌等可靠性标准，当出现雷击浪涌和冲击电流的情况下，能快速泄放大电流，在流入的电流大于电流阈值，且持续时间超过时间阈值时，转换为开路状态，可以有效防止气体放电管因击穿导通发热而引起的炸裂和烧毁保安单元等风险。保安单元中的告警指示电路在出现电力线搭接或电力线感应等异常危害电压的情况下，不需要外加-48v等电源，就能进行告警。另外，保安单元的所有元件都可以焊接在一块印制板上，取消了双金属片和弹簧等装置，成本进一步降低，更适合大批量生产。

在一实施方式中，保安单元采用过流保护电路，通过正温度系数热敏电阻，在外部危害电压持续出现时，能限制外部危害电流流入被保护用户端口，同时在浪涌等快速脉冲干扰情况下，在保安单元和保护端口二级保护电路之间起到退耦作用。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1是相关技术的保安单元电路示意图；

图2是相关技术的保安单元结构示意图；

图3是本发明实施例的保安单元组成示意图；

图4是本发明实施例的告警指示电路组成示意图；

图5是本发明另一实施例的保安单元组成示意图；

图6是本发明第一应用示例示意图；

图7是本发明第二应用示例示意图；

图8是本发明第三应用示例示意图；

图9是本发明第四应用示例示意图；

图10是本发明第五应用示例示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

相关技术的保安单元结构如图2所示，结构相对复杂，除了壳体外，还包括气体放电管、传热片、弹簧、低熔点合金块、活动块和双金属片等，其中，采用气体放电管存在短路或炸裂的风险，而且，这种保安单元手工装配工作量大，双金属片的价格较高，导致整个保安单元的成本也比较高。

本发明实施例的保安单元如图3所示，端口a和b为外线端，连接室外用户线，端口a’和b’为内线端，通过保安单元保护后连接局端设备的用户线，本发明实施例的保安单元，包括：并联的过压保护电路10和告警指示电路20，其中：

所述过压保护电路10的初始状态为高阻状态，在两端电压大于击穿电压时，由高阻状态转换为导通状态，在流入的电流大于电流阈值，且持续时间超过时间阈值时，转换为开路状态；

所述告警指示电路20为高阻状态，在两端电压大于电压阈值时，输出告警信号。

在本发明实施例中，保安单元中的过压保护电路能满足相关电力线和雷击浪涌等可靠性标准，当出现雷击浪涌和冲击电流的情况下，能快速泄放大电流，在流入的电流大于电流阈值，且持续时间超过时间阈值时，转换为开路状态，可以有效防止气体放电管因击穿导通发热而引起的炸裂和烧毁保安单元等风险。

在一实施方式中，所述过压保护电路10包括至少一个开路失效型气体放电管。

普通气体放电管在过电压情况下，气体击穿发热，如果过电压维持时间长，气体放电管就会烧毁。而开路失效型气体放电管，在经受雷击或浪涌过电压时，能够起到泄放雷电流功能；在异常情况下导致内部气体较长时间击穿时，其电极和绝缘管体之间的低温密封粘合物融化，密封状态失效，外部空气很快就进入并接触到该发射面进行空气灭弧，迅速切断后续电流，从而防止气体放电管的炸裂和烧毁保安单元的风险。

在一实施方式中，所述过压保护电路10包括两个串联的两电极开路失效型气体放电管，所述两个两电极开路失效型气体放电管之间接地；或者，所述过压保护电路包括一个三电极开路失效型气体放电管。

开路失效型气体放电管的低温密封粘合物，通过选择合适的熔化热能值(i²t)，来满足相关的可靠性标准。如所述电流超过1a，时间阈值可以设置为0.2秒以上，放电管的直流击穿电压大于itu(internationaltelecommunicationsunion，国际电信联盟)k20等相关标准规定的电力线搭接额定电压，小于标准规定的电力线感应测试电压。这样可以保证在电力线搭接时处于高阻状态；在电力线感应测试时，放电管内部气体击穿，在0.2秒内能承受itu标准所规定的1a感应电流，一旦感应电流持续大于1a，在数秒内低温密封粘合物快速融化，气体放电管呈开路状态。

需要说明的是，本发明实施例中，电流阈值、时间阈值以及击穿电压、电压阈值可以根据实际情况进行设置，并选择相应的开路失效型气体放电管，并不限于上述举例。

封装形式上开路失效型气体放电管包括插脚和贴片封装。对于插脚封装，可以直接焊接在pcb(printedcircuitboard，印制电路板)上；对于贴片封装，既可以直接焊接在pcb板上，也可以通过金属夹具固定，金属夹具直接焊接在pcb板上。

如图4所示，本发明实施例的所述告警指示电路包括第一限流模块21、第二限流模块22和告警模块23，其中，所述第一限流模块21和第二限流模块22串联相连，所述告警模块23的一端连接在所述第一限流模块21和第二限流模块22之间，另一端接地。

其中，第一限流模块21和第二限流模块22用于对告警指示电路进行限流，使得流入告警模块23的电流小于告警最大电流值。第一限流模块21和第二限流模块22的作用是保护告警模块23不受大电流冲击导致损坏。在第一限流模块21和第二限流模块22之间的电压大于电压阈值时，流入告警模块23的电流大于告警最小电流值，则告警模块23输出告警信号。其中，告警最大电流值和告警最小电流值为预设值，根据告警模块23的器件选择有所不同。告警指示电路在出现电力线搭接或电力线感应等异常危害电压的情况下，不需要外加-48v等电源，就能进行告警。在一实施方式中，所述第一限流模块21包括串联的第一限流电阻和第一过压保护器，所述第二限流模块22包括串联的第二限流电阻和第二过压保护器，所述告警模块23包括告警指示灯子模块。

其中，在告警指示电路在两端电压小于等于电压阈值时，第一过压保护器和第二过压保护器为高阻状态，避免指示电路对用户线信号质量的影响。当外部过电压搭接到用户线上时，告警指示电路两端电压大于电压阈值，第一过压保护器和第二过压保护器转换为导通状态，由第一限流电阻和第二限流电阻进行限流，通过用户线和保护地之间形成毫安级电流，使得告警模块输出告警信号(例如，点亮led(lightemittingdiode，发光二极管)指示灯)，相对于现有的保安单元，省掉了需要点亮led指示的外加直流电源。

在一实施方式中，所述第一限流模块21包括第一限流电阻，第二限流模块22包括第二限流电阻，所述告警模块23包括串联的过压保护器和告警指示灯子模块。

在这种实施方式中，过压保护器位于告警模块23中，节省了一个过压保护器，节省了成本。第一限流电阻和第二限流电阻对告警指示电路起限流作用，保护告警模块23不受大电流冲击导致损坏。在告警指示电路两端电压大于电压阈值时，过压保护器由高阻状态转换为导通状态，告警指示灯子模块流入毫安级电流，点亮告警指示灯子模块中的告警指示灯。其中，上述过压保护器可采用半导体过压保护器，例如tss(thyristorsurgesuppressor，电涌抑制晶闸管)，也可以采用瞬态抑制二极管或稳压二极管等。

在一实施方式中，所述告警指示灯子模块包括一个或多个相互并联的告警指示灯。

所述告警指示灯可以是采用led指示灯，也可以采用氖泡管，或其他形式的指示灯。

在一实施方式中，所述告警模块还包括告警信号输出子模块，所述告警信号输出子模块与所述告警指示灯子模块并联，输出直流电平信号和交流电平信号中的至少之一。

通过输出直流电平信号和交流电平信号中的至少之一，可以向外部设备输出告警信号，例如，可以将告警信号输出至监控设备，通过监控设备显示和记录告警信息。

在一实施方式中，所述告警信号输出子模块包括光耦器件，所述光耦器件与所述告警指示灯子模块并联，输出交流电平信号。

当外部设备需要输入的告警信号为交流电平信号时，可以通过光耦器件直接将交流电平信号输出至外部设备。

在一实施方式中，所述告警信号输出子模块包括整流电路和光耦器件，所述整流电路包括二极管和电容，所述二极管的正极与告警指示灯子模块的非接地端相连，所述二极管的负极与所述电容的一端相连；所述电容与所述光耦器件并联，一端与所述二极管的负极相连，另一端接地；所述光耦器件输出直流电平信号。

当外部设备需要输入的告警信号为直流电平信号时，可以通过整流电路将交流信号转换为直流信号，输出至外部设备。

如图5所示，在一实施方式中，保安单元还可包括过流保护电路30，所述过流保护电路30包括第一过流保护模块和第二过流保护模块，所述第一过流保护模块的一端与所述保安单元的一外线端以及过压保护电路和告警指示电路的一端相连，所述第一过流保护模块的另一端与所述保安单元的一内线端相连；所述第二过流保护模块的一端与所述保安单元的另一外线端以及过压保护电路和告警指示电路的另一端相连，所述第二过流保护模块的另一端与所述保安单元的另一内线端相连。

第一过流保护模块和第二过流保护模块用于在外部危害电压持续出现时，限制外部危害电流流入被保护用户端口，同时在浪涌等快速脉冲干扰情况下，在保安单元和保护端口二级保护电路之间起到退耦作用。

在一实施方式中，所述第一过流保护模块包括第一正温度系数热敏电阻，所述第二过流保护模块包括第二正温度系数热敏电阻。

在正常电压的情况下，正温度系数热敏电阻处于低阻状态，当保安单元的输入电压超限，则相应地，流经正温度系数热敏电阻的电流增大，温度升高，正温度系数热敏电阻转换为高阻状态，起到限流作用，从而保护用户端口。

在被保护的用户端口可以满足电力线搭接和感应要求的情况下，过流保护电路30可以省略。

由于开路型气体放电管发热时间很短，不需要双金属片作为开关切断主回路，告警指示电路在有危害电压存在时会输入告警信号，因此可以去掉双金属片和弹簧等结构件，保安单元内部的所有器件都可以焊接在pcb板上，更适合大批量生产。

下面以应用示例进行说明。

应用示例一

如图6所示，端口a和b为外线端，连接室外用户线，端口a’和b’为内线端，通过保安单元保护后连接局端设备的用户线，本应用示例的保安单元，包括：并联的过压保护电路10和告警指示电路20，以及过流保护电路30。

其中，过压保护电路10包括开路失效型气体放电管gdt1和gdt2。

由于采用开路失效型气体放电管，即使在出现电力线搭接等情况下，能使开路失效型气体放电管的低温密封粘合物快速融化而处于开路状态，从而可以避免气体放电管受热炸裂和烧毁保安单元。

告警指示电路包括第一限流模块21、第二限流模块22和告警模块23，其中，第一限流模块21包括第一限流电阻r1和第一过压保护器tss1，所述第二限流模块22包括第二限流电阻r2和第二过压保护器tss2，所述告警模块23包括告警指示灯子模块，所述告警指示灯子模块包括相互串联的发光二极管led1和led2，led1和led2的正负极反向，这样在每个方向导通时，均有一个指示灯会点亮。第一限流电阻r1和第二限流电阻r2的取值可以是几百k欧姆，根据用户线电压的取值不同而有所不同，其取值原则是出现过电压时，使得告警指示灯子模块中告警指示灯流过毫安级电流，可以点亮告警指示灯即可。

考虑到室外用户线的环境比较复杂，常会出现用户线和交流电源线相碰的情况，在a或b用户线出现电力线搭接的情况下，tss器件处于临界导通状态或导通状态，通过限流电阻r1或r2，在led上流过毫安级电流到保护地gndp，使得led点亮，便于维护人员及时发现和定位电力线搭接端口。半导体过压保护器也可以用瞬态抑制二极管或稳压二极管替代。由于电力线为交流电源，led指示灯也可以简化为一个，或用氖泡管替代。

在用户线正常工作情况下，开路失效型气体放电管呈高阻状态，半导体过压保护器tss1和tss2的动作电压大于铃流和馈电电压，此时半导体过压保护器件呈现高阻状态，从而避免指示电路对用户线上信号的影响。

过流保护电路30包括第一过流保护模块31和第二过流保护模块32，其中，第一过流保护模块31包括正温度系数热敏电阻ptc1，第二过流保护模块32包括正温度系数热敏电阻ptc2。

过流保护电路30采用正温度系数热敏电阻ptc1和ptc2，在外部危害电流持续出现时，能限制外部危害电流流入被保护局端设备的用户端口。在被保护的用户端口可以满足电力线搭接和感应要求的情况下，过流保护电路30可以省略。

在用户线外线a或b出现雷击浪涌等情况时，开路失效型气体放电管能通过保护地e快速泄放危害电流，正温度系数热敏电阻ptc1和ptc2在保安单元和保护端口二级保护电路之间起到退耦作用，保证危害能量能大部分通过气体放电管泄放。

应用示例二

本应用示例提供一种保安单元，如图7所示，本应用示例的保安单元，包括：并联的过压保护电路10和告警指示电路20，以及过流保护电路30。

其中，过压保护电路10包括开路失效型气体放电管gdt1和gdt2。

由于采用开路失效型气体放电管，即使在出现电力线搭接等情况下，能使开路失效型气体放电管的低温密封粘合物快速融化而处于开路状态，从而可以避免气体放电管受热炸裂和烧毁保安单元。

告警指示电路包括第一限流模块21、第二限流模块22和告警模块23，其中，第一限流模块21包括第一限流电阻r1，所述第二限流模块22包括第二限流电阻r2，所述告警模块23包括过压保护器tss1和告警指示灯子模块，所述告警指示灯子模块包括相互串联的发光二极管led1和led2，led1和led2的正负极反向，这样在每个方向导通时，均有一个指示灯会点亮。

本应用示例是应用示例一的降成本方案，只采用一颗半导体过压保护器tss1，适用于对用户线阻抗不需要高阻的场合。正常工作时，第一限流电阻r1和第二限流电阻r2串接在用户线a和b上。在a或b用户线出现电力线搭接的情况下，过压保护器tss1处于临界导通状态或导通状态，在led1和led2上流过毫安级电流到保护地gndp，使得led1和led2点亮，便于维护人员及时发现和定位电力线搭接端口。过流保护电路30包括第一过流保护模块31和第二过流保护模块32，其中，第一过流保护模块31包括正温度系数热敏电阻ptc1，第二过流保护模块32包括正温度系数热敏电阻ptc2。

过流保护电路30采用正温度系数热敏电阻ptc1和ptc2，在外部危害电流持续出现时，能限制外部危害电流流入被保护局端设备的用户端口。在被保护的用户端口可以满足电力线搭接和感应要求的情况下，过流保护电路30可以省略。

应用示例三

本应用示例提供一种保安单元，如图8所示，本应用示例的保安单元，包括：并联的过压保护电路10和告警指示电路20，以及过流保护电路30。

其中，过压保护电路10包括开路失效型气体放电管gdt1和gdt2。

由于采用开路失效型气体放电管，即使在出现电力线搭接等情况下，能使开路失效型气体放电管的低温密封粘合物快速融化而处于开路状态，从而可以避免气体放电管受热炸裂和烧毁保安单元。

告警指示电路包括第一限流模块21、第二限流模块22和告警模块23，其中，第一限流模块21包括第一限流电阻r1，所述第二限流模块22包括第二限流电阻r2，所述告警模块23包括过压保护器tss和告警指示灯子模块231，所述告警指示灯子模块231包括发光二极管led1。

本应用示例是应用示例二的进一步降成本方案，由于电力线为交流电源，因此可只采用一颗led发光二极管作为告警指示。

过流保护电路30包括第一过流保护模块31和第二过流保护模块32，其中，第一过流保护模块31包括正温度系数热敏电阻ptc1，第二过流保护模块32包括正温度系数热敏电阻ptc2。

过流保护电路30采用正温度系数热敏电阻ptc1和ptc2，在外部危害电流持续出现时，能限制外部危害电流流入被保护局端设备的用户端口。在被保护的用户端口可以满足电力线搭接和感应要求的情况下，过流保护电路30可以省略。

应用示例四

本应用示例提供一种保安单元，如图9所示，本应用示例的保安单元，包括：并联的过压保护电路10和告警指示电路20，以及过流保护电路30。

其中，过压保护电路10包括开路失效型气体放电管gdt1和gdt2。

由于采用开路失效型气体放电管，即使在出现电力线搭接等情况下，能使开路失效型气体放电管的低温密封粘合物快速融化而处于开路状态，从而可以避免气体放电管受热炸裂和烧毁保安单元。

告警指示电路包括第一限流模块21、第二限流模块22和告警模块23，其中，第一限流模块21包括第一限流电阻r1，所述第二限流模块22包括第二限流电阻r2，所述告警模块23包括过压保护器tss、告警指示灯子模块231和告警信号输出子模块232，所述告警指示灯子模块231包括发光二极管led1，告警信号输出子模块232与所述告警指示灯子模块231并联，本例中，告警信号输出子模块232包括光耦器件g1，输出交流电平信号。

本应用示例在应用示例一的基础上，将其中的一个led二极管替换为一个光耦器件，适用于既需要电力线搭接等告警led指示，也需要有告警信号输出的场合。当出现电力线搭接或电力线感应等异常情况时，可以通过光耦器件，输出50hz/60hz的脉冲告警信号到h端。

过流保护电路30包括第一过流保护模块31和第二过流保护模块32，其中，第一过流保护模块31包括正温度系数热敏电阻ptc1，第二过流保护模块32包括正温度系数热敏电阻ptc2。

过流保护电路30采用正温度系数热敏电阻ptc1和ptc2，在外部危害电流持续出现时，能限制外部危害电流流入被保护局端设备的用户端口。在被保护的用户端口可以满足电力线搭接和感应要求的情况下，过流保护电路30可以省略。

应用示例五

本应用示例提供一种保安单元，如图10所示，本应用示例的保安单元，包括：并联的过压保护电路10和告警指示电路20，以及过流保护电路30。

其中，过压保护电路10包括开路失效型气体放电管gdt1和gdt2。

由于采用开路失效型气体放电管，即使在出现电力线搭接等情况下，能使开路失效型气体放电管的低温密封粘合物快速融化而处于开路状态，从而可以避免气体放电管受热炸裂和烧毁保安单元。

告警指示电路包括第一限流模块21、第二限流模块22和告警模块23，其中，第一限流模块21包括第一限流电阻r1和第一过压保护器tss1，所述第二限流模块22包括第二限流电阻r2和第二过压保护器tss2，所述告警模块23包括告警指示灯子模块231和告警信号输出子模块232，所述告警指示灯子模块231包括发光二极管led1，告警信号输出子模块232与所述告警指示灯子模块231并联，本例中，告警信号输出子模块232包括整流电路和光耦器件g1，所述整流电路包括二极管d1和电容c1，所述二极管d1的正极与告警指示灯子模块231的非接地端相连，所述二极管d1的负极与所述电容c1的一端相连；所述电容c1与所述光耦器件g1并联，一端与所述二极管d1的负极相连，另一端接地；所述光耦器件g1输出直流电平信号。

本应用示例在应用示例四的基础上，增加二极管d1和电容c1整流电路。当出现电力线搭接或电力线感应等异常情况时，通过d1和c1，整流成直流电压，使得光耦器件g1导通，和常规保安单元一样，在外加上拉电阻和偏置电压的情况下，输出直流电平告警信号到h端。

过流保护电路30包括第一过流保护模块31和第二过流保护模块32，其中，第一过流保护模块31包括正温度系数热敏电阻ptc1，第二过流保护模块32包括正温度系数热敏电阻ptc2。

过流保护电路30采用正温度系数热敏电阻ptc1和ptc2，在外部危害电流持续出现时，能限制外部危害电流流入被保护局端设备的用户端口。在被保护的用户端口可以满足电力线搭接和感应要求的情况下，过流保护电路30可以省略。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。