DE2926014C2

DE2926014C2 - Schaltungsanordnung zur Begrenzung von Überspannungen zum Schutz von ferngespeisten Verstärkern

Info

Publication number: DE2926014C2
Application number: DE19792926014
Authority: DE
Inventors: Erwin Dipl.-Ing. 8014 Neubiberg Popp
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-06-27
Filing date: 1979-06-27
Publication date: 1981-10-08
Also published as: DE2926014B1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der DE-AS 87 401 bekannt.

Bei ferngespeisten Verstärkern werden hohe Fernspeisespannungen benötigt. So kann die Fernspeisespannung von Leitungsverstärkern bei Systemen mit hohem Stromverbrauch 1000 Volt überschreiten. Zum Schutz der Verstärker vor Überspannungen müssen den Ein- bzw. Ausgängen Überspannungsableiter vorgeschaltet werden, deren Ansprechspannung wegen der hohen Fernspeisespannung sehr hoch gewählt werden muß. Beim Ansprechen der Überspannungsableiter entstehen steile Spannungsflanken bis zu 6 kV Höhe. Derartig hohe und steile Spannungsflanken würden die Halbleiterelemente des Verstärkers zerstören. Es ist daher erforderlich, zusätzliche Begrenzungsmaßnahmen einzuführen, um den Verstärker vor der Zerstörung zu schützen.

Aus der eingangs erwähnten DE-AS 14 87 401 sind Maßnahmen bekannt, Transistorverstärker, deren Übertragungswege über Leitungen gehen, die Fernspeisespannung führen, so auszubilden, daß die Transistorverstärker und deren Stromversorgungsweichen vor Überspannung sicher geschützt sind. Dabei werden der Eingangstransistor und die nachfolgenden Transistoren des Verstärkers durch eine Kettenschaltung von Begrenzerelementen gegenüber der Überspannung am ankommenden Leitungsende und/oder der Ausgangstransistor und die vorhergehenden Transistoren durch eine zweite Kettenschaltung von Begrenzerelementen gegenüber der Überspannung am abgehenden Leitungsende geschützt. Die Begrenzerelemente sind so angeordnet, daß parallel zum betreffenden Leitungsende ein hoch belastbarer Überspannungsbegrenzer mit einer hohen Ansprechspannung geschaltet ist, c':e höher als die Summe der Spitzenwerte der Fernspeisespannung und der Signalspannung gewählt ist, und daß ein hoch belastbarer Überspannungsbegrenzer mit niedrigerer Ansprechspannung dem Überspannungsbegrenzer mit hoher Ansprechspannung parallel geschaltet, jedoch von ihm durch einen Kondensator der Stromversorgungsweiche getrennt ist. Dabei liegt dieser Kondensator, der den Überspannungsbegrenzer mit hoher von dem mit niedriger Ansprechspannung trennt, in der Leitung, die mit dem Außenleiter des Kabels verbunden ist, während die Fernspeiseströme über die Innenleiter fließen.

Voraussetzung für eine gute Begrenzungswirkung dieser Schaltung ist, daß der Überspannungsableiter mit geringer Ansprechspannung bei einem möglichst flachen Spannungsanstieg vor dem Überspannungsableiter mit hoher Ansprechspannung zündet und dann während des Zündyorganges des Überspannungsableiter mit hoher Ansprechspannung noch gezündet bleibt und somit den Signaleingang des Verstärkers kurzschließt. Das Löschen des Überspannungsabieiters mit der niedrigeren Ansprechspannung wird dann verhindert, wenn der hochspannungsfeste Trennkondensator hinreichend Strom nachliefern kann. Dies ist nur dann der Fall, wenn der Kapazitätswert des Trennkondensators hinreichend groß ist und außerdem der Spannungsanstieg der Überspannung sehr steil ist. Besonders bei Trennkondensatoren für hohe Spannungen, die aus räumlichen Gründen im Kapazitätswert klein gehalten werden müssen, ist der Fall wahrscheinlich, daß der Überspannungsableiter mit hoher Ansprechspannung anspricht, nachdem der Überspannungsableiter mit niedrigerer Ansprechspannung schon wieder gelöscht ist. Außerdem kann der Fall eintreten, daß der Überspannungsableiter mit der hohen Ansprechspannung vor dem Überspannungsableiter mit der niedrigeren Ansprechspannung zündet, und zwar dann, wenn der Aufbau einer Spannung am Überspannungsableiter mit niedrigerer Ansprechspannung durch die anliegende Verstärkerschaltung verhindert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen mit Transistoren bestückten Verstärker in einer fernspannungsversorgten Weitverkehrsverbindung eine im Vergleich zu der bekannten Anordnung der geschilderten Art verbesserte Schutzeinrichtung gegenüber Überspannungen durch ergänzende Maßnahmen zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der nach dem spannungsfesten Trennkondensator angeordnete zusätzliche Kondensator durch den Überspannungsableiter mit geringer Ansprechspannung geschützt wird. Deshalb kann er eine relativ niedrige Spannungsfestigkeit haben, die auch bei relativ hohen Kapazitätswerten mit kleinem Volumen erzeugt werden kann. Vorteilhafterwuise kann durch den Einbau des zusätzlichen Kondensators mit relativ niedriger Spannungsfestigkeit das vorzeitige Löschen des Überspan-

nungsableiters mit niedrigerer Ansprechspannung verhindert und das Ansprechen vor dem Überspannungsableiter mit hoher Ansprechspannung erreicht werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 4 angegeben. s

Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Das in der Figur dargestellte Schaltbild zeigt das ankommende Koaxialkabelende einer Fernspeiselei- ι ο tung L mit Innenleiter (Klemme 1) und Außenleiter (Klemme 0). Der Innenleiter des ankommenden Koaxialkabelendes ist über einen Kondensator C mit dem Eingang eines Verstärkers V verbunden. Die Funktion des Kondensators Q der die Fernspeisespannung vom Verstärker trennt, kann auch von einem parallel zum Verstärkereingang geschalteten Trennübertrager übernommen werden. Der Weg des Fernspeisestromes verläuft vom Innenleiter (Klemme 1) des ankommenden Kabelendes über eine Drossel Dr und den zu speisenden Verstärker zum Innenleiter des abgehenden Kabelendes. Dieses ist in der Zeichnung nicht dargestellt, sondern durch einen Pfeil Pf gekennzeichnet Als Begrenzerschaltung zum Schutz gegen Oberspannungen wird ein jr-Glied verwendet, das aus einem Überspannungsableiter A 1 mit hoher Ansprechspannung, einem Überspannungsableiter A 2 mit niedrigerer Ansprechspannung und einem hochspannungsfesten Kondensator Ci besteht. Parallel zur Klemme 1 des Innenleiters und der erdseitigen Klemme 0 des Außenleiters liegt der erste Überspannungsableiter A I₁ dem wiederum der zweite Überspannungsableiter A 2 parallel geschaltet ist Die beiden Überspannungsableiter A 1 und A 2 sind durch den Kondensator Ci getrennt, der mit dem Außenleiter (Klemme 0) verbunden ist

Um die Funktionsfähigkeit des π-Gliedes entscheidend zu verbessern, wird im Verbindungsweg des nr-Gliedes zum Verstärker V auf Seiten des ersten Kondensators Ci ein zweiter Kondensator C2 ■*<> eingefügt Oieser Kondensator C2 wird durch den zweiten Überspannungsableiter A 2 geschützt. Deshalb wird er mit niedrigerer Spannungsfestigkeit ausgeführt. Kondensatoren mit relativ niedriger Spannungsfestigkeit können auch bei relativ hohen Kapazitätswerten « mit kleinem Volumen gefertigt werden.

Der Einbau des zusätzlichen Kondensators C2 bewirkt folgendes: Das Ansprechen des zweiten Überspannungsabieiters Λ 2 nach dem ersten Überspannungsableiter A1 wird verhindert. Der zwehe Überspannungsableiter A 2 spricht also immer vor dem ersten Überspannungsableiter A1 an. Außerdem verzögert der Kondensator C2 das Löschen des zweiten Überspannungsabieiters Λ 2 so lange, bis der erste Überspannungsableiter A I gezündet hat Das Ansprechen des ersten Überspannungsabieiters A 1 hat dann keine schädliche Einwirkung auf die aktiven Teile des Verstärkers, weil bei einem Kurzschluß des Signaleinganges durch den gezündeten zweiten Überspannungsableiter Λ 2 der hohe und außerordentlich steile Spannungssprung, der beim Ansprechen des ersten Überspannungsabieiters A i entsteht, nicht über den Signaleingang auf die empfindlichen Halbleiterelemente des Verstärkers einwirken kann.

Damit der Kondensator C2 die oben geschilderte Wirkung haben kann, ist er nach einer Bemessungsvorschrift auszuwählen. Die Bemessungsvorschrift lautet:

C1<C2<^| Cl,

wobei Ui die mittlere Stoßansprechspannung des ersten Überspannungsabieiters A i und U 2 die mittlere Stoßansprech spannung des zweiten Überspannungsableiters A 2 bedeutet Die Stoßansprechspannung U1 ist immer größer, entsprechend der vorgegebenen Ableiterwahl, als die Stoßansprechspannung L/2. Wie aus der Bemessungsvorschrift ersichtlich ist, muß die Kapazität det Kondensators C2 immer größer als die Kapazität des Kondensators CI sein.

Um die Brennzeit des zweiten Überspannungsableiter A 2 zu erhöhen, kann in den Entladekreis des zweiten Überspannungsableiter A 2 noch ein in unterbrochener Linie ir, die Figur eingezeichneter Widerstand R eingeschaltet werden. Der Widerstand R muß so klein sein, daß die Übertragung nicht gestört wird.

In Sonderfällen kann ein dritter Überspannungsableiter A 3, der nach dem zweiten Überspannungsableiter A 2 zündet und parallel zum Verstärkereingang geschaltet ist noch eine weitere Verringerung der im Verstärker wirksamen Überlastenergie brmgen, da in ihm die Ladesnergie des Kondensators C2 vernichtet wird. Der dritte Überspannungsableiter A 3 ist in die Figur ebenfalls in unterbrochener Linie eingezeichnet

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Schaltungsanordnung zur Begrenzung von Oberspannungen zum Schutz von ferngespeisten Verstärkern, bestehend aus einem Jr-Glied mit einem im leitungsseitigen Querzweig liegenden ersten Überspannungsableiter mit hoher Ansprechspannung und einem im verstärkerseitigen Querzweig liegenden zweiten Überspannungsableiter mit ι ο niedrigerer Ansprechspannung und einem im mit dem Außenleiter des Koaxialkabels verbundenen Längszweig der Leitung liegenden ersten Kondensator mit hoher Spannungsfestigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem π-GIied und dem Verstärker (V) in Reihe mit dem ersten Kondensator (CX) ein zweiter Kondensator (C2) mit niedriger Spannungsfestigkeit angeordnet ist und daß die Kapazität des zweiten Kondensators (C2) größer als die des ersten Kondensators (C X) ist

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der den Fernspeisestrom führenden mit dem Innenleiter des Koaxialkabels verbundenen Leitung zwischen dem zweiten Überspannungsableiter (A 2) und dem Verstärker (V) ein niederohmiger Widerstand f/y angeordnet ist

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Überspannungsableiter (Ai), der nach dem Überspannungsableiter (A 2) zündet, hinter dem Kondensator C2 zum Eingang des Verstärkers (^parallel geschaltet ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sin dri'j.er Überspannungsableiter (A3), der nach -iem Überspannungsableiter (A 2) zündet, hinter dem Kondensator C2 und dem Widerstand (R) zum Eingang des Verstärkers (V) parallel geschaltet ist.