DE10040795C2 - Überspannungsschutz für eine elektrische Schaltung mit potentialfreier Spannungsversorgung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Überspan­ nungsschutz für eine elektrische Schaltung mit potentialfrei­ er Spannungsversorgung und insbesondere auf einen Überspan­ nungsschutz für xDSL-Leitungstreiber-Schaltungen.

Insbesondere in Kommunikationssystemen gibt es oft das Prob­ lem, dass Gleichspannungen bzw. niederfrequente Wartungssig­ nale sowie hochfrequente Nutzsignale über eine Leitung bzw. über einen Übertragungskanal übertragen werden müssen. Derar­ tige Signale sind beispielsweise analoge Sprachsignale und Datensignale in xDSL-Kommunikationssystemen (digital subscri­ ber line). Die zur Versorgung bzw. Speisung von Teilnehmer­ endgeräten notwendigen Gleichspannungen und niederfrequenten Wartungssignale wie z. B. Rufton besitzen Amplitudenwerte von oftmals mehr als 100 V. Diese Gleichspannungen bzw. nie­ derfrequenten Wartungssignale erfordern daher für die dazuge­ hörigen Treiberschaltungen sehr hohe Versorgungsspannungen. Demgegenüber sind die hochfrequenten Nutzsignalanteile in ih­ ren Amplitudenwerten deutlich geringer. Auf Grund ihrer nie­ derohmigeren Lastimpedanz rufen sie jedoch große Versorgungs­ ströme hervor, die der Versorgungsspannung der Treiberschal­ tung entnommen werden müssen. Dies wiederum führt zu sehr ho­ hen Verlustleistungen in der Treiberschaltung, die beispiels­ weise bei "full rate ADSL-Systemen" in Verbindung mit analo­ gen Sprachfunktionen eine Integration der Treiberschaltung bisher verhindert hat.

Zur Lösung dieses Problems wurde die in Fig. 1 dargestellte elektrische Treiberschaltung mit potentialfreier Spannungs­ versorgung entwickelt, die eine wesentliche Einsparung der bisherigen Verlustleistungen ermöglicht. Gemäß Fig. 1 be­ steht die elektrische Schaltung mit potentialfreier Spannungsversorgung aus einer Ausgangstreiberstufe 1, die bei­ spielsweise einen herkömmlichen Operationsverstärker 7 auf­ weist. Die Ausgangstreiberstufe 1 gibt sowohl hochfrequente Nutzsignale als auch niederfrequente Wartungssignale wie z. B. eine Speise-Gleichspannung, einen Rufton usw. auf eine Lei­ tung L aus. Eine Hochfrequenz- bzw. HF-Stufe 2 besteht wie­ derum beispielsweise aus einem herkömmlichen Operationsver­ stärker 6 und dient zum Ausgeben der hochfrequenten Nutzsig­ nale HF auf einen Signaleingang der Ausgangstreiberstufe 1. Die hochfrequenten Nutzsignale HF sind hierbei beispielsweise die Datensignale in einem xDSL-Kommunikationssystem. Ferner besitzt die Schaltung gemäß Fig. 1 eine Niederfrequenz- bzw. NF-Stufe 3 mit einer potentialfreien Spannungsversorgungs­ schaltung 4 und einem weiteren herkömmlichen Operationsver­ stärker 5. Der Operationsverstärker 5 gibt hierbei gemeinsam mit der potentialfreien Spannungsversorgungsschaltung 4 die niederfrequenten Wartungssignale NF und NF_V auf die potenti­ alfreien Versorgungseingänge UV+ und UV- der Ausgangstreiber­ stufe 1 aus. Auf diese Weise wird ein Signalstromkreis fre­ quenzmäßig in zwei Pfade aufgetrennt, die eine wesentlich ge­ ringere Verlustleistung in der Treiberschaltung zur Folge ha­ ben und somit eine Integration, kleinere Chip-Flächen sowie kleinere Gehäuse ermöglichen.

Nachteilig bei einer derartigen Schaltung ist jedoch die Tat­ sache, dass herkömmliche Überspannungsschutzschaltungen zum Beseitigen von extern auf die Leitung L eingekoppelten Über­ spannungen wie z. B. atmosphärische Entladungen, Netzberührung usw. auf Grund der potentialfreien Spannungsversorgung nicht verwendet werden können. Ein herkömmlicher Überspannungs­ schutz, der im Wesentlichen massebezogen auf die Leitung L arbeitet, reicht daher insbesondere für den schwebenden (flo­ atenden) Teil bzw. die potentialfreie Spannungsversorgungs­ schaltung 4 nicht aus, wobei ferner durch Kopplung über den Ausgangstreiber 1 ebenfalls der Operationsverstärker 5 zer­ stört werden kann.

Aus der Druckschrift DE 36 40 905 A1 ist eine Schaltungsan­ ordnung zur potentialfreien Speisung von Teilnehmerleitungen mit konstantem Strom bekannt, wobei eine Ausgangstreiberstufe Sprache bzw. Nutzsignale und einen von einer NF-Stufe erzeug­ ten Speisestrom bzw. Wartungssignale auf eine Leitung aus­ gibt. Zur Realisierung eines Überspannungsschutzes besitzt sowohl die Ausgangstreiberstufe als auch die NF-Stufe vonein­ ander entkoppelte Überspannungsschutzelemente in Form von Ze­ nerdioden.

Aus der Druckschrift DE 689 20 558 T2 ist eine herkömmliche Fernsprechschutzschaltung für sogenannte SLICs bekannt, wobei die üblicherweise auftretende Verzögerung in einer Überspan­ nungsschutzschaltung mit aktiven Überspannungsschutzelementen durch Umpolung der Leistungsversorgung und Umkehrung der da­ zugehörigen Dioden wesentlich verkürzt werden kann und sich die Überspannungsschutzeigenschaften verbessern. Die Über­ spannungsschutzelemente sind hierbei jeweils auf Masse bezo­ gen.

Ferner ist aus der Druckschrift DE 197 33 250 A1 eine Schal­ tungsanordnung für eine Netzabschlußeinheit zum Ein- und Aus­ koppeln von Nutz- und Wartungssignalen an einer 4-Draht- Schnittstelle bekannt, die einen Überspannungsschutz aus Brückengleichrichtern und Doppeldioden aufweist. Sowohl die als Grobschutz wirkenden Brückengleichrichter als auch die als Feinschutz wirkenden Doppeldioden sind in üblicher Weise auf Masse bezogen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Über­ spannungsschutz für eine elektrische Schaltung mit potential­ freier Spannungsversorgung zu schaffen, die einen vollständi­ gen Schutz der Schaltung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa­ tentanspruchs 1 gelöst.

Insbesondere durch die Verwendung einer Ausgangstreiberstu­ fen-Schutzvorrichtung zum Schützen der Ausgangstreiberstufe vor Überspannungen in Kombination mit einer NF-Stufen-Schutz­ vorrichtung zum Schützen der NF-Stufe vor Überspannungen er­ hält man auch für diese spezielle elektrische Schaltung mit potentialfreier Spannungsversorgung einen vollständigen Schutz gegenüber von außen eingekoppelten Überspannungen.

Vorzugsweise befindet sich zwischen dem Ausgang der HF-Stufe und dem Signaleingang der Ausgangstreiberstufe eine galvani­ sche Entkoppelvorrichtung die beispielsweise aus einem Kon­ densator, einem Optokoppler oder einem Übertrager bestehen kann. Auf diese Weise erhält man eine Auskopplung von nie­ derfrequenten Signalen direkt gegen Masse.

Die Ausgangstreiberstufen-Schutzvorrichtung bzw. die NF- Stufen-Schutzvorrichtung können aus Überspannungsschutzele­ menten mit begrenzender oder zündender Funktion bei festem oder programmierbarem Schutzpotential bestehen. Auf diese Weise kann der Überspannungsschutz in optimaler Weise an die elektrische Schaltung angepasst werden.

Die Ausgangstreiberstufen-Schutzvorrichtung besteht vorzugs­ weise aus einem Ausgangs-Überspannungsschutzelement, welches zwischen der Leitung und einem der Versorgungseingänge der Ausgangstreiberstufe geschaltet ist, sowie einem Eingangs- Überspannungsschutzelement, welches zwischen den Signalein­ gang der Ausgangstreiberstufe und einem der Versorgungsein­ gänge geschaltet ist. Bei Anschluss der Überspannungsschutzelemente gegenüber dem Versorgungseingang UV+ fließt zwar ein Störstrom (der Störstrom kann < 20 A betragen) durch den Aus­ gang der potentialfreien Spannungsversorgungsschaltung, der jedoch bei entsprechender Verschaltung der Überspannungs­ schutzelemente mit dem Versorgungseingang UV- vollständig e­ liminiert werden kann. Alternativ können die Überspannungs­ schutzelemente auch gegen einen (beispielsweise schwebenden bzw. floatenden) Masseanschluss der Ausgangstreiberstufe ge­ schaltet sein.

Vorzugsweise besitzt die NF-Stufen-Schutzvorrichtung ein Überspannungsschutzelement, welches zwischen einem Massean­ schluss und den Ausgang der NF-Stufe oder einen Ausgang der potentialfreien Spannungsversorgungsschaltung geschaltet ist.

Ferner kann die potentialfreie Spannungsversorgungsschaltung über ihren Masseanschluss erdfrei oder erdgebunden sein und sowohl eine Gleichspannungs- als auch eine Wechselspannungs­ versorgung darstellen.

Insbesondere kann der Überspannungsschutz auch für eine elek­ trische Schaltung mit differentiellen Signalen angewendet werden, bei der die Ausgangstreiberstufe die hochfrequenten Nutzsignale und die niederfrequenten Wartungssignale als dif­ ferentielle Signale auf die Leitung ausgibt.

In den weiteren Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispie­ len unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte Blockdarstellung einer bekannten elektrischen Schaltung mit potentialfreier Span­ nungsversorgung;

Fig. 2 eine vereinfachte Blockdarstellung der elektrischen Schaltung gemäß Fig. 1 mit einem erfindungsgemäßem Überspannungsschutz gemäß einem ersten Ausführungs­ beispiel;

Fig. 3 eine vereinfachte Blockdarstellung einer weiteren Anschaltung eines Überspannungsschutzelements an eine Ausgangstreiberstufe gemäß Fig. 2; und

Fig. 4 eine vereinfachte Blockdarstellung eines Überspan­ nungsschutzes für eine elektrische Schaltung mit potentialfreier Spannungsversorgung und differen­ tiellem Signalausgang gemäß einem zweiten Ausfüh­ rungsbeispiel.

Fig. 2 zeigt eine vereinfachte Blockdarstellung eines Über­ spannungsschutzes für eine elektrische Schaltung mit potenti­ alfreier Spannungsversorgung, wie sie beispielsweise in einer xDSL-Baugruppe einer Telekommunikationsvermittlungsanlage verwendet wird. Die Schaltung gemäß Fig. 2 entspricht hier­ bei im Wesentlichen der Schaltung gemäß Fig. 1, wobei glei­ che Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichen. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf eine detaillierte Beschreibung dieser Elemente nachfolgend verzichtet.

Die Schaltung gemäß Fig. 2 speist beispielsweise in eine Leitung L ein Gleichspannungssignal und/oder ein niederfre­ quentes Wartungssignal (z. B. Rufton) mit einem überlagerten hochfrequenten Nutzsignal ein. Ein Operationsverstärker 5 ei­ ner NF-Stufe 3 speist gemeinsam mit der potentialfreien Span­ nungsversorgungsschaltung 4 das Gleichspannungs- NF_V und/oder niederfrequente Wartungssignal NF in die Ausgangstreiberstufe 1 bzw. die Leitung L ein. In gleicher Weise speist eine HF- Stufe 2 ein hochfrequentes Nutzsignal HF über den Ausgangs­ treiber 1 in die Leitung ein. Wie bereits eingangs beschrie­ ben wurde, kann auf Grund der Aufteilung der nieder- und hochfrequenten Stromkreise die NF-Stufe 3 einen Teil der zum Treiben der Leitung L notwendigen Leistung übernehmen. Die Ausgangstreiberstufe 1 benötigt demzufolge nicht die volle Spannungsfestigkeit des in die Leitung eingespeisten Signals.

Zur Realisierung eines Überspannungsschutzes besitzt die elektrische Schaltung gemäß Fig. 2 eine Ausgangstreiberstu­ fen-Schutzvorrichtung S1 und S2 zum Schützen der Ausgangs­ treiberstufe 1 vor Überspannungen in Kombination mit einer NF-Stufen-Schutzvorrichtung S3 zum Schützen der NF-Stufe 3 vor Überspannungen, wobei sich der Teil der die potential­ freie Spannungsversorgungsschaltung 4 schützt, auf dem Teil der die potentialgebundene Schaltung schützt abstützt.

Gemäß Fig. 2 verbindet die NF-Stufen-Schutzvorrichtung S3 den negativen Versorgungseingang UV- der Ausgangstreiberstufe 1 mit Masse. Andererseits verbinden die Überspannungsschutz­ elemente S1 und S2 der Ausgangstreiberstufen-Schutzvorrich­ tung einen Signaleingang der Ausgangstreiberstufe 1 sowie ei­ nen Signalausgang der Ausgangstreiberstufe 1 mit ihrem nega­ tiven Versorgungseingang UV-. Das Überspannungsschutzelement S1 schützt hierbei den Ausgang der Ausgangstreiberstufe 1, während das Überspannungsschutzelement S2 im Wesentlichen ih­ ren Eingang vor Überspannungen schützt. Durch die spezielle Kombination der Ausgangstreiberstufen-Schutzvorrichtung und der NF-Stufen-Schutzvorrichtung erhält man somit auch für elektrische Schaltungen mit potentialfreier Spannungsversor­ gung einen zuverlässigen und vollständigen Schutz gegen lei­ tungsseitig eingekoppelte Überspannungen.

Die in Fig. 2 dargestellten Überspannungsschutzelemente S1, S2 und S3 können beispielsweise Überspannungsschutzelemente mit begrenzender oder zündender Funktion bei festem Schutzpo­ tential darstellen. Alternativ können jedoch auch begrenzende oder zündende Überspannungsschutzelemente mit programmierba­ rem Schutzpotential verwendet werden. Darüber hinaus ist eine beliebige Kombination dieser Überspannungsschutzelemente zur Realisierung eines Überspannungsschutzes möglich. Begrenzende Überspannungsschutzelemente mit festem Schutzpotential sind beispielsweise sogenannte TVS-Dioden (transient voltage suppressure). Zündende bzw. kurzschließende Überspannungs­ schutzelemente mit festem Schutzpotential sind beispielsweise sogenannte TRISIL-Dioden. Als begrenzende Überspannungs­ schutzelemente mit programmierbarem Schutzpotential sind bei­ spielsweise Transistoren zu verwenden, während für zündende Überspannungsschutzelemente mit programmierbarem Schutzpoten­ tial beispielsweise Tyristoren eingesetzt werden können.

Die Notwendigkeit der NF-Stufen-Schutzvorrichtung S3 ergibt sich im Wesentlichen aus der Tatsache, dass sich der Über­ spannungsschutz für die Ausgangstreiberstufe 1 auf die gleich- bzw. niederfrequente Spannung der potentialfreien Spannungsversorgungsschaltung 4 sowie des Operationsverstär­ kers 5 abstützt. Der Operationsverstärker 5 der NF-Stufe 3 wird daher auf die gleiche Weise geschützt wie die Ausgangs­ treiberstufe 1, mit dem vereinfachenden Unterschied, dass seine Versorgungsspannungen einen festen Bezug aufweisen, d. h. nicht floaten bzw. nicht potentialfrei sind, und die Überströme beispielsweise gegen Masse oder Versorgungsspan­ nung abgeleitet werden können. Bei Verwendung von mehreren Ausgabestufen bzw. Ports auf einer Baugruppe kann daher die­ ser Überspannungsschutz auch zentral für mehrere Ausgabestu­ fen gemeinsam realisiert werden, wie später in der Schaltung gemäß Fig. 4 beschrieben ist.

Gemäß Fig. 2 sind die Überspannungsschutzelemente S1 und S2 bzw. S3 gegen den negativen Versorgungseingang UV- geschal­ tet. Sie können jedoch auch gegen den positiven Versorgungs­ eingang der Ausgangstreiberstufe UV+ geschaltet werden, wobei jedoch ein Störstrom durch den Ausgang der potentialfreien Spannungsversorgungsschaltung 4 fließen kann. Dies ist jedoch nicht der Fall, wenn anstelle des negativen Versorgungsein­ gangs UV- der positive Versorgungseingang UV+ an den Ausgang von Operationsverstärker 5 geschaltet ist. In gleicher Weise kann die potentialfreie Spannungsversorgungsschaltung 4 je nach verwendetem Eingangssignal NF_V eine Gleichspannungs- o­ der Wechselspannungsversorgung darstellen und entsprechend die Versorgungseingänge UV+ und UV- der Ausgangstreiberstufe 1 ansteuern. Gemäß Fig. 2 ist die potentialfreie Spannungs­ versorgungsschaltung 4 über ihren Masseanschluss UV_in(2) an Masse geschaltet bzw. erdgebunden. Sie kann jedoch auch erd­ frei betrieben werden, wodurch sich verschiedenste Anpassun­ gen eines Überspannungsschutzes an jeweilige Erfordernisse realisieren lassen.

In gleicher Weise ist gemäß Fig. 2 die NF-Stufen-Schutzvor­ richtung S3 an Masse angeschaltet, wobei der Massebezug der Schutzvorrichtung S3 sichergestellt sein muss.

Zur galvanischen Entkoppelung der HF-Stufe 2 und der Aus­ gangstreiberstufe 1 ist gemäß Fig. 2 eine galvanische Ent­ koppelvorrichtung E vorgesehen, die beispielsweise aus einem Kondensator, einem Übertrager, einem Optokoppler oder einem sonstigen Entkoppler besteht. Die galvanische Entkoppelvor­ richtung E ist jedoch optional und kann auch entfallen. Bei Verwendung einer derartigen Entkoppelvorrichtung E, welche wie ein Hochpass wirkt, besitzt die Schaltung den Vorteil, dass eine Auskoppelung der niederfrequenten Signale erfolgt.

Fig. 3 zeigt eine vereinfachte Blockdarstellung einer weite­ ren Anschaltungsmöglichkeit eines Überspannungsschutzelements S1' an die Ausgangstreiberstufe 1 gemäß Fig. 2. Gleiche Be­ zugszeichen bezeichnen hierbei gleiche oder entsprechende E­ lemente bzw. Anschlüsse, weshalb auf ihre detaillierte Be­ schreibung nachfolgend verzichtet wird.

Gemäß Fig. 3 kann die Ausgangstreiberstufe auch über ihren schwebenden bzw. floatenden Masseanschluss GND gegenüber Spannungen geschützt werden, wobei das Überspannungsschutz­ element S1' direkt zwischen die Leitung L und den Massean­ schluss GND der Ausgangstreiberstufe 1 geschaltet ist. Eine Mittenspannung der Ausgangstreiberstufe 1 ist auf diese Weise mit dem Operationsverstärker 5 der NF-Stufe 3 verbunden. Das Überspannungsschutzelement S1' begrenzt hierbei Überspannun­ gen beider Polaritäten relativ zur Versorgungsspannung der Ausgangstreiberstufe 1 oder schließt diese zur Mittenspannung bzw. zum Masseanschluss GND kurz. Auch in diesem Fall fließt ein Überstrom zur NF-Stufe 3 bzw. zur NF-Stufen- Schutzvorrichtung S3. Die Versorgungseingänge UV- und UV+ werden in diesem Falle direkt mit den jeweiligen Ausgängen UV_out+ und UV_out- der dazugehörigen potentialfreien Spannungs­ versorgungsschaltung 4 verbunden.

Fig. 4 zeigt eine vereinfachte Blockdarstellung eines Über­ spannungsschutzes für eine elektrische Schaltung mit potenti­ alfreier Spannungsversorgung und differentiellem Signalaus­ gang gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Gleiche Bezugs­ zeichen bezeichnen hierbei wiederum gleiche Elemente bzw. An­ schlüsse, weshalb auf eine detaillierte Beschreibung nachfol­ gend verzichtet wird.

Die Schaltung gemäß Fig. 4 ermöglicht hierbei eine Realisie­ rung zur symmetrischen Signaleinspeisung von hochfrequenten Nutzsignalen wie z. B. Sprache und Daten sowie niederfrequen­ ten Wartungssignalen wie z. B. Speisung und Rufton. Die Aus­ gangstreiberstufe 1 besteht in diesem Fall aus zwei Operati­ onsverstärkern 7 und 7', deren Überspannungsschutz im Wesent­ lichen gemäß Fig. 3 realisiert ist. Genauer gesagt ist so­ wohl das Überspannungsschutzelement S1, S1' als auch das Überspannungsschutzelement S2, S2' mit dem Mittenspannungs- bzw. Masseanschluss GND der Ausgangstreiberstufe 1 verbunden.

Die Leitung wird nunmehr durch eine Zweidrahtschnittstelle a/b realisiert, wie sie üblicherweise als analoge oder digi­ tale Teilnehmerleitung zur Verfügung steht. Die HF-Stufe 2 besitzt nunmehr eine differentielle Verstärkerstufe 6', die ein differentielles hochfrequentes Nutzsignal HFP und HFN über Ausgänge Tip 1 und Ring 1 jeweils an die Eingänge der Operationsverstärker 7 und 7' der Ausgangstreiberstufe 1 aus­ gibt. Gleichspannungseingänge DCP und DCN des Verstärkers 6' sind hierbei mit den Gleichspannungseingängen DCP und DCN ei­ nes Verstärkers 5' der NF-Stufe 3 verbunden. An diesen Ein­ gängen DCP und DCN werden auch die differentiellen niederfre­ quenten Wartungssignale NFP und NFN zugeführt. Ausgänge Tip 2 und Ring 2 des Differenzverstärkers 5' der NF-Stufe 3 werden jeweils den Mittenanschlüssen der Operationsverstärker 7 und 7' der Ausgangstreiberstufe 1 zugeführt und sind mit Masse­ ausgangsanschlüssen GND_V(1) und GND_V(2) einer differentiellen potentialfreien Spannungsversorgungsschaltung 4' verbunden. An ihren Eingängen UVin(1) und UVin(2) wird die niederfre­ quente Versorgungsspannung NF_V beispielsweise differentiell oder bezogen auf Masse oder Versorgungsspannung eingegeben. Die Ausgänge UVout(1)+ und UVout(1)-, UVout(2)+ und UVout(2)- werden in gleicher Weise wie bei der Schaltung gemäß Fig. 2 den jeweiligen Versorgungseingängen UV+ und UV- der Operati­ onsverstärker 7 und 7' der Ausgangstreiberstufe 1 zugeführt.

Wie bereits in der Beschreibung gemäß Fig. 2 angedeutet, kann die NF-Stufen-Schutzvorrichtung S3' durch einen zentra­ len Überspannungsschutz, der für mehrere Ports auf einer Gruppe gemeinsam aufgebaut ist, realisiert werden. Gemäß Fig. 4 besteht demzufolge ein Überspannungsschutzelement S3' der NF-Stufen-Schutzvorrichtung aus einer Diodenbrücke, die zwischen die Ausgänge Tip 2 und Ring 2 des differenziellen Verstärkers 5' der NF-Stufe 3 geschaltet ist und zum (nicht dargestellten) zentralen Überspannungsschutz führt. Auf diese Weise kann ein Überspannungsschutz beispielsweise auf SLMA- Teilnehmerbaugruppen äußerst platz- und kostengünstig reali­ siert werden. Eine derartige zentrale Lösung ist jedoch für die jeweiligen Überspannungsschutzelemente S1, S2, S1' und S2' nicht möglich. Der zentrale Überspannungsschutz bewahrt im Wesentlichen die Differenzverstärker 5' der NF-Stufen 3 von mehreren Ports bzw. Ausgabestufen gegen eingekoppelte Spannungen, welche die Versorgungsspannungen der NF-Stufen 3 überschreiten. Die Ausgänge der HF-Stufe passen sich im Normalfall (d. h. keine Überlastung des Differenzverstärkers 5') an die von der NF-Stufe 3 bestimmten Potentiale an. Daher können galvanische Entkoppelvorrichtungen wie z. B. Kondensa­ toren entfallen.

Die Erfindung wurde vorstehend anhand von einzelnen Schutz­ elementen für die Überspannungsschutzelemente beschrieben. Sie ist jedoch nicht darauf beschränkt, weshalb die Überspan­ nungsschutzelemente auch aus einer Vielzahl von zum Teil kom­ binierten Schutzelementen wie z. B. Dioden, Transistoren, Ty­ ristoren usw. bestehen können. Der Überspannungsschutz be­ steht hierbei aus einer Kombination von zwei Überspannungs- Schutzvorrichtungen, wobei sich der Teil der die potential­ freie Spannungsversorgungsschaltung schützt, auf dem Teil der die potentialgebundene Schaltung schützt abstützt.

Claims (14)

1. Überspannungsschutz für eine elektrische Schaltung mit potentialfreier Spannungsversorgung, mit:
einer HF-Stufe (2) zum Verstärken von hochfrequenten Nutzsi­ gnalen (HF);
einer NF-Stufe (3) mit potentialfreier Spannungsversorgungs­ schaltung (4; 4') und potentialgebundener Schaltung (5) zum Verstärken von niederfrequenten Wartungssignalen (NF, NF_V); und
einer Ausgangstreiberstufe (1) zum Ausgeben der an einem Si­ gnaleingang eingegebenen hochfrequenten Nutzsignale (HF) und der an einem Versorgungseingang (UV+, UV-) eingegebenen nie­ derfrequenten Wartungssignale (NF, NF_V) auf eine Leitung (L; a, b);
gekennzeichnet durch eine Ausgangstrei­ berstufen-Schutzvorrichtung (S1, S2; S1', S2') zum Schützen der Ausgangstreiberstufe (1) vor Überspannungen, und
einer NF-Stufen-Schutzvorrichtung (S3; S3') zum Schützen der NF-Stufe (3) vor Überspannungen, wobei sich der Teil (S1, S2; S1', S2'), der die potentialfreie Spannungsversorgungsschal­ tung (4) schützt, auf dem Teil (S3; S3'), der die potential­ gebundene Schaltung (5) schützt, abstützt.

2. Überspannungsschutz nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch eine galvanische Entkoppelvorrichtung (E), die zwischen einen Signalausgang der HF-Stufe (2) und den Signaleingang der Ausgangstreiber­ stufe (1) geschaltet ist.

3. Überspannungsschutz nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die galva­ nische Entkoppelvorrichtung (E) einen Kondensator, Opto- Koppler oder Übertrager aufweist.

4. Überspannungsschutz nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aus­ gangstreiber-Schutzvorrichtung (S1, S2) und/oder die NF- Stufen-Schutzvorrichtung (S3) Überspannungsschutzelemente mit begrenzender Funktion bei festem Schutzpotential aufweisen.

5. Überspannungsschutz nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aus­ gangstreiberstufen-Schutzvorrichtung (S1, S2) und/oder die NF-Stufen-Schutzvorrichtung (S3) Überspannungsschutzelemente mit zündender Funktion bei festem Schutzpotential aufweisen.

6. Überspannungsschutz nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aus­ gangstreiberstufen-Schutzvorrichtung (S1, S2) und/oder die NF- Stufen-Schutzvorrichtung (S3) Überspannungsschutzelemente mit begrenzender Funktion bei programmierbarem Schutzpotential aufweisen.

7. Überspannungsschutz nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aus­ gangstreiberstufen-Schutzvorrichtung (S1, S2) und/oder die NF-Stufen-Schutzvorrichtung (S3) Überspannungsschutzelemente mit zündender Funktion bei programmierbarem Schutzpotential aufweisen.

8. Überspannungsschutz nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aus­ gangstreiberstufen-Schutzvorrichtung ein Ausgangs-Überspannungsschutzelement (S1), welches zwi­ schen der Leitung (L) und einem der Versorgungseingänge (UV+, UV-) der Ausgangstreiberstufe (1) geschaltet ist, und ein Eingangs-Überspannungsschutzelement (S2), welches zwi­ schen den Signaleingang der Ausgangstreiberstufe (1) und ei­ nem seiner Versorgungseingänge (UV+, UV-) geschaltet ist, aufweist.

9. Überspannungsschutz nach einem der Patentansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Aus­ gangstreiberstufen-Schutzvorrichtung ein Ausgangs-Überspannungsschutzelement (S1), welches zwi­ schen der Leitung (L) und einem Masseanschluss (GND) der Aus­ gangstreiberstufe (1) geschaltet ist, und
ein Eingangs-Überspannungsschutzelement (S2), welches zwi­ schen den Signaleingang der Ausgangstreiberstufe (1) und sei­ nem Masseanschluss (GND) geschaltet ist, aufweist.

10. Überspannungsschutz nach einem der Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die NF- Stufen-Schutzvorrichtung ein Überspannungsschutzelement (S3) aufweist, welches zwi­ schen dem Ausgang der NF-Stufe (3) und einem Masseanschluss (UV_in(2)) oder einem Spannungsversorgungsanschluss (UV_in(1)) der potentialfreien Spannungsversorgungsschaltung (4; 4') ge­ schaltet ist.

11. Überspannungsschutz nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Masse­ anschluss (UV_in(2)) der potentialfreien Spannungsversorgungs­ schaltung (4; 4') erdfrei oder erdgebunden ist.

12. Überspannungsschutz nach einem der Patentansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die poten­ tialfreie Spannungsversorgungsschaltung (4; 4') eine Gleichspannungs- oder Wechselspannungsversorgung darstellt.

13. Überspannungsschutz nach einem der Patentansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die HF- Stufe (2), die NF-Stufe (3) und die Ausgangstreiberstufe (1) die hochfrequenten Nutzsignale (HFP, HFN) und die niederfre­ quenten Wartungssignale (NFP, NFN, NF_V) als differentielle Signale auf die Leitung (a, b) ausgeben.

14. Überspannungsschutz nach einem der Patentansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die NF- Stufen-Schutzvorrichtung (S3; S3') an einen zentralen Über­ spannungsschutz angekoppelt ist.