DE2704144C2 - Schaltungsanordnung zur Übertragung von Signalen über eine Leitung in überspannungsgefährdeter Umgebung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Übertragung von Signalen über eine Leitung in überspannungsgefährdeter Umgebung, mit einem einseitig geerdeten Überspannungsableiter in einem Querzweig und einem Optokoppler bei einer Empfangseinrichtung. ⁵^

Aus dem »Technical Disclosure Bulletin«, IBM, Vol. lö, No. 4, Sept. 73, S. 1323-1324 ist ein Schleifen und Rufstromdetektor für eine Telefon-Anschlußleitung bekannt, in die zum Schutz gegen Überspannungen einseitig geerdete Überspannungsableiter eingefügt w> sind. Da handelsübliche Überspannungsableiter erst bei mehreren hundert Volt ansprechen, besieht gegen eingekoppelte Störimpulse von wenigen Volt gar kein Schutz.

Fernerhin ist aus der FROS 22 51 975 ein Verbin- "> dungssatz bekannt, in dem eine Widerstands Zcnerdiodenkombination verwendet wird, die einen transistorisierten Schaltkreis vor Überspannungen schützt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art Signale mit einer Leitung in überspannungsgefährdpter Umgebung zu übertrogen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Anspruch 1 genannten Mitteln gelöst.

Die Optokoppler bewirken eine galvanische Trennung der Leitung sowohl von der Sende- als auch von der Empfangseinrichtung, so daß durch Überspannungseinwirkung bedingte Potentialverschiebungen, soweit diese die gesamte Leitung betreffen, keine Störungen in den angeschlossenen Einrichtungen und bei den übertragenen Signalen auslösen. Der Signalverstärker hebt den Signalpegel vor der Leitung an, wodurch empfangsseitig der Störabstand verbessert wird. Die spannungs- und strombegrenzenden Mittel sind Bestandteil des Signalverstärkungskreises; sie schützen bei geeigneter Dimensionierung alle an der Übertragung beteiligten Elemente und sie sind an der Schwell wertbildung beteiligt.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die spannungs- und strombegrenzenden Mittel im Qucr- und Längszweig der Schaltungsanordnung eine Kettenschaltung bilden. Durch die Kettenschaltung wird eine programmierte stufenweise Abschwächung der Überspannungseinflüsse sichergestellt.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß eine der mindestens einfach vorgesehenen schwellwertbildenden Spannungsquellen zwischen Signalübertragerund Signal verstärker geschaltet ist. Dadurch wird einerseits der Störspannungsabstand nochmals erhöht und andererseits wird die stabile Arbeitsweise des Optokopplers und des signalverstärkenden Pegelwandlers gegenüber Temperatur- und Betriebsspannungsänderungen verbessert.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

Die Figur zeigt eine Schaltungsanordnung zur Signalübertragung ÜStr von einer S-.ndeeinrichtung S zu einer Empfangseinrichtung E Die Sendeeinrichtung 5 beeinflußt über einen Lichtemitter einen Phototransistor PT eines Optokopplers OKi. Der Arbeitswiderstand des Phototransistors, der mit seinem Emitter verbunden ist, ist eine aus zwei Widerständen R 1 und Λ 2 gebildete Spannungsteilerschaltung, deren geteilte Spannung einem in Emitterschaltung arbeitenden Transistor T an seiner Basis zugeführt wird. In den Basis-Emitter-Kreis ist eine den Transistor Tsperrende Spannungsquelle US I eingefügt, so daß der Transistor T erst dann leitend werden kann, wenn das vom Phototransistor PT gelieferte Signal einen Mindestpegel (Srhwellwert) aufweist.

Beide Maßnahmen, Spannungsteilung und Einfügen einer Signalschwelle, erhöhen die Sicherheit gegenüber Störspannungen und temperaturbedingten Dunkelstromänderungen des Phototransistors PT.

Der Kollektorstrom des Transistors T durchfließt, vom Pluspol einer Betriebsspannungsquelle UB kommend, eine überspannungsgefährdele Leitung Ltg. auf einer Ader zwischen Leitungsanschlüssen 2-2', eine lichtemittierende Diode LED eines Optokopplers OK 2, wobei das Signal ausgekoppelt wird, einen Widerstand R 5, eine Ader der überspannungsgcfährdeten Leitung Ltg. zwischen Anschlüssen l'-l und Widerstände R3. /?4.

Der lichtcmitlicrendcn Diode I.ED'm eine Diode D antiparallel geschaltet, wodurch Überspannungen, die

die lichtemittierende Diode LLD in Sperrichtung beanspruchen könnten, abgeleitet werden. LIm dabei die antiparallel geschaltete Diode D vor Überstrom /u schützen, ist der Widerstand RS vorgesehen, der so dimensioniert ist, daß er auch die lichtemittierende Diode LFD vor zu hohen Strömen bewahrt.

Die antiparallel geschaltete Diode D bezieht ständig aus einer Spannungsquelle IJS2 über einen hochohmigen Widerstand R 6 Strom in Flußrichtung. Dadurch werden ReststrfSne des Transistors T kompensiert. Außerdem entsteht für die lichtemittierende Diode LED eine Schwelle, die den Slörpegelabstand der Schaltungsanordnung zur Signalübertragung ÜStr weiter vergrößert.

Die Gefahr von Überspannungseinwirkung auf die Leitung Lig. kann dann störend sein, wenn die Ader zwischen den Anschlüssen 1-1' betroffen ist. Ist dagegen die andere, geerdete Leitungsader von einer Überspannungseinwirkung betroffen, so werden lediglich die Potentialverhältnisse auf der gesamten Schaltungsanordnung Signalübertragung ÜStr verschoben; die Sende- und Empfangseinrichtungen bleihcn aufgrund der galvanischen Trennung in den Optokopplern OK 1 und OK 2 verschont.

Für den Fall, daß die Hochspannungseinwirkung auf die Ader zwischen den Leiiungsanschlüssen 1-1' erfolgt. ist ein Überspannungsableiter /7 direkt an den Leitungsanschlüssen 1-2 vorgesehen, der bei Spannengen, die einen bestimmten Wert (einige hundert Volt) erreicht haben, zündet und die Spannung zur Erde

lu abführt.

Bevor es jedoch zur Zündung kommt, steht auf der Leitung die Zündspannung an. Außerdem ist beim Zünden mit Wanderwellen zu rechnen. Für diesen Fall ist zum Schutz der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T eine Zenerdiode Z vorgesehen, die verhindert, daß eine zerstörende Spannung aufkommt. Die Zenerdiode ist ihrerseits gegen Überstrom durch den Widerstand /?4 geschützt. Des weiteren ist der Widerstand R 3 vorgesehen, der den Transistor T, wenn er gerade leitend ist. vor Überstrom schützt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche;

1. Schaltungsanordnung zur Übertragung von Signalen über eine Leitung in überspannungsgefährdeter Umgebung, mit einem einseitig geerdeten Überspannungsableiter in einem Querzweig und einem Optokoppler bei einer Empfangseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (Ltg.) über einen anderen Optokoppler (OK 1) mit einer Sendeeinrichtung (S) verbunden ist, daß zwischen dem anderen Optokoppler (OK 1) und der Leitung (Ltg.) ein Signalverstärker (Transistor T) geschaltet ist, daß mindestens eine schwellwertbildende Spannungsquelle (USi, UX2) vorgesehen ist, is daß weitere spannungsbegrenzende Mittel (Zenerdiode Z, Diode D) im Querzweig vorgesehen sind und daß strombegrenzende Mittel (Widerstände R 3, R4.R5) im Längszweig vorgesehen sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch !,dadurch gekennzeicbä-st, daß die spannungs- und strombegrenzenden Mittel (Zenerdiode Z, Überspannungsableiter H, Diode D; Widerstände R4.R5) im Quer- und Längszweig eine Kettenschaltung bilden.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der mindestens einfach vorgesehenen schwellwertbildenden Spannungsquellen (USi) zwischen Signalübertrager (Optokoppler OK 1) und Signalverstärker (Transistor T) geschaltet ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der mindestens einfach vorhandenen schwellwertbildenden Spannungsquellen (t/52) mit dem Optokoppler (OK2) verbunden ist. »

5. Schaltungsanordnung nach A ispruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die spannungsbegrenzenden Mittel (Zenerdiode Z, Überspannungsableiter H, Diode D) im Querzweig außer einem Überspannnungsableiter (H) mindestens eine Diode (D) und 4u eine Zenerdiode (Z) enthalten, wobei die Diode (D) bei signalfreier Schaltungsanordnung in Flußrichtung beansprucht wird.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die strombegrenzenden Mittel im Längszweig Widerstände (R3, R 4, R 5) sind.