DE3538088C2 - Schaltungsanordnung für einen Überspannungsschutz in elektronischen Fernsprechstationen - Google Patents
Schaltungsanordnung für einen Überspannungsschutz in elektronischen FernsprechstationenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für einen
Überspannungsschutz in elektronischen Fernsprechstationen,
mit Speisung über die zweiadrige Teilnehmerleitung, wobei
parallel zu den beiden Adern am Eingang der Schaltung ein
Varistor und parallel zu diesem ein Verpolungsschutz vor
gesehen ist, wobei nach dem Verpolungsschutz in der das
positive Potential der Speisespannung führenden Ader ein
zu einer in bekannter Weise verwirklichten Strombegrenzung
gehörender und als NSI-Kontakt benutzter erster Transistor
angeordnet ist, wobei weiterhin der erste Transistor über
eine aus einem zweiten und einem dritten Transistor und
Dimensionierungswiderständen bestehende Transistorschal
tung durch den Wählimpulsausgang der Wähltastatur ange
steuert wird und wobei parallel zu den Eingängen der
eigentlichen Stationsschaltung eine erste Zenerdiode ge
schaltet ist.
Solche Stationen müssen in besonderem Maße
gegen Überspannungen gesichert werden. Dies geschieht
einmal dadurch, daß man der eigentlichen Stationsschaltung
mit den wesentlichen elektronischen Baugruppen eine Zener
diode parallelschaltet. Außerdem schaltet man in unter
schiedlicher Weise zwischen den notwendigen Verpolungs
schutz (z.B. eine Vollweggleichrichterbrücke) eine Strom
begrenzung, die für die Stationsschaltung die aufgrund
ungleich langer Teilnehmerleitungen unterschiedlichen
Eingangsströme bei einem Maximalstrom begrenzt.
Durch äußere Einflüsse wie beispielsweise Blitzschlag
können auf die Teilnehmerleitung kurzzeitig hohe Span
nungen induziert werden. Deshalb ist der Schaltungsan-
ordnung in bekannter Weise ein Varistor vorgeschaltet.
Wird die Strombegrenzung beispielsweise durch einen in
einem stationsseitigen Ausgang des Verpolungsschutzes
liegenden V-Mos-Transistor (oder bipolarer Transistor)
gebildet, dann kann dieser auch durch den Wählimpulsaus
gang der Wähltastatur so angesteuert werden, daß er die
Funktion eines NSI-Kontaktes (oder Flash-Kontaktes) er
füllt. Da jedoch die Strombegrenzung relativ hohe
Toleranzen haben kann und da diese eine Funktion des
maximalen fließenden Speisestromes zur Stationsschaltung
ist, können bei der Einkopplung hoher Spannungen (Blitz)
auf die Teilnehmerleitung während der Funktionszeit des
Varistors unzulässig hohe Verlustleistungen sowohl am
V-Mos-Transistor als auch an der der Stationsschaltung
parallelgeschalteten Zenerdiode auftreten. Um deren
Zerstörung oder Schädigung zu verhindern, müssen daher
besonders für eine solche Verlustleistung besonders
geeignete und damit teure Bauelemente vorgesehen werden.
Aus der DE 21 15 670 C2 ist eine Schaltungsanordnung für
Fernsprechstationen mit überspannungsgeschützten und polungsunabhängigen
Mikrofonverstärkern bekannt, die in integrierter
monolithischer Technik aufgebaut ist. Bei der
bekannten Schaltungsanordnung wird bei der Speisung des
Mikrofonverstärkers über zwei in Reihe liegende, eine
Graetzbrücke bildende Dioden die am Verstärkereingang zur
Verfügung stehende Speisespannung nur geringfügig geändert,
weil der Widerstand des jeweils wirksamen Brückenzweiges
klein ist gegenüber dem gesamten Schleifenwiderstand
einer Fernsprechanschlußleitung.
Aus der DE 25 41 942 B2 ist eine Schaltungsanordnung zum
Schutz von Teilnehmerstationen mit Wähleinrichtungen in
Fernmeldeanlagen bekannt. Die Schaltungsanordnung weist
einen polungsunabhängigen, spannungsbegrenzenden Schutzwiderstand
und einen niederohmigen Begrenzerwiderstand auf,
die im normalen Betriebszustand der Schaltungsanordnung
einen Nebenschluß zu einer Sprechschaltung der Teilnehmerstation
bilden. Im Wählzustand der Schaltungsanordnung dagegen
liegen der Schutzwiderstand quer zum Eingang der
Wähleinrichtung und der Begrenzerwiderstand parallel zur
Sprechstation, die damit kurzgeschlossen und somit unwirksam
ist. Infolge der Beibehaltung der Reihenschaltung beider
Widerstände bleibt im Überlastfall die Spannung am
Eingang der Wähleinrichtung auf den Schwellenwert des
Schutzwiderstandes begrenzt, so daß in der Wähleinrichtung
wesentlich empfindlichere Bauelemente geschützt werden
können.
Die Aufgabe der Erfindung soll nun darin bestehen, eine
solche Schaltungsanordnung so auszuführen, daß die vorge
nannten Bauelemente keine besondere Verlustleistungs
festigkeit benötigen und trotzdem gegen Zerstörung bei
hohen kurzzeitigen Überspannungen geschützt sind.
Dies wird dadurch erreicht, daß der positive Ausgang des
Verpolungsschutzes über eine Serienschaltung von einem
ohmschen Widerstand und einer weiteren Zenerdiode in
Sperrrichtung mit der Basis des Eingangstransistors der
Transistorschaltung verbunden ist, wobei die Durchbruchs
spannung der Serienschaltung kurz unterhalb der Vari
stordurchbruchsspannung liegen muß.
Hieraus ergibt sich der Vorteil, daß bei der Einkopplung
einer hohen Spannungsspitze vor Wirksamwerden des
Varistors der NSI-Transistor T1 gesperrt wird, so daß
dieser und die der Stationsschaltung parallelgeschaltete
Zenerdiode strommäßig nicht belastet werden und daß der
NSI-Transistor (erste Transistor T1) erst wieder durchlässig
wird, wenn die Spannung auf der Teilnehmerleitung unter
die Durchbruchsspannung der Zenerdiode (Z3+R8) abgesunken
ist.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht da
rin, daß der erste Transistor (T1) für eine Sperrspannung
ausgefertigt ist, die unter der vorliegenden Netzspannung
liegt und daß die Spannungsbegrenzung des Varistors (V)
oberhalb der Netzspannung einsetzt.
Hieraus ergibt sich der Vorteil, daß die Fernsprechstation
auch bei Anliegen der vollen Netzspannung an der Teil
nehmerleitung geschützt ist, indem der erste Transistor
(T1) (NSI-Kontakt in der Strombegrenzung) in Sperrfunktion
durch Ansteuern über die weitere Zenerdiode (Z3) und den
ohmschen Widerstand (R8) geht, der Varistor (V) aber noch
nicht belastet ist.
Die Schaltungsanordnung wird anhand von 6 Figuren erläu
tert.
Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit
den für deren Verständnis notwendigen Einzelheiten. Die
Fig. 1 besteht im wesentlichen aus dem Varistor V, dem an
gedeuteten Verpolungsschutz GG, der Strombegrenzung (T1,
R1, Z1, R2, R4) der Transistorsteuerung (T2, T3, R3, R7,
R5, R6) zur Ansteuerung des V-Mos-Transistors T1, um die
sen als NSI-Kontakt zu verwenden, der Schutzdiode (Zener
diode) Z2, dem Ladekondensator C, der angedeuteten Tasta
tur TA und der Serienschaltung einer Zenerdiode Z3 und
eines ohmschen Widerstandes R8 zur zusätzlichen Ansteue
rung der Transistorschaltung.
Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen den Strom-Spannungsverlauf
am Eingang der Schaltungsanordnung (Fig. 2) bzw. am Aus
gang des V-Mos-Transistors T1 ohne die erfindungsgemäß
angeordnete Serienschaltung von Z3 und R8 bei Vorliegen
einer Überspannung.
Die Fig. 5 und 6 zeigen den geänderten Stromspannungs
verlauf bei Anwendung der erfindungsgemäßen Serienschal
tung von Z3 und R8.
Die Funktion der Schaltungsanordnung wird nachstehend
näher erläutert.
Es wird davon ausgegangen, daß über die Teilnehmerleitung
(a/b-Adern) eine Gleichspannung U(a/b) anliegt. Diese
Gleichspannung dient als Speisespannung für die ange
schlossene Fernsprechstation. Je nach Länge der Teil
nehmerleitung wird diese Gleichspannung U(a/b) unter
schiedliche Werte besitzen.
Bei der vorliegenden Schaltungsanordnung wird der Tran
sistor T1 als NSI-Kontakt verwendet, indem er durch die
Tastatur TA entsprechend den Wählimpulsen an ihrem Im
pulsausgang in Sperrzustand gesteuert wird.
Dies geschieht über eine Transistorschaltung mit den
Dimensionierungswiderständen R3, R5, R6, R7 und den
Transistoren T3 und T2. Die Basis des Transistors T3 wird
von der Tastatur TA über den Widerstand R6 angesteuert und
der Transistor T3 steuert über seine Emitter-Kollektor
strecke den Transistor T2, der im durchgeschalteten Zu
stand Sperrpotential auf das Gate des Transistors T1 gibt.
In dieser Weise können die abgegebenen Wählimpulse in der
fernen Anlage erkannt werden.
Um die Fernsprechstation gegen höhere Spannungen zu
schützen, wie sie beispielsweise bei Blitzschlag auf
die Teilnehmerleitung eingekoppelt werden können, ist der
Schaltungsanordnung ein Varistor V vorgeschaltet, der
oberhalb einer bestimmten Spannung U(a/b) als Spannungs
begrenzer wirksam wird. Fig. 2 zeigt ein Beispiel für eine
hohe momentan anliegende Spannung U(a/b), welche für die
Schaltungsanordnung eine unzulässige Überspannung U(ü) be
deutet. Der Varistor V begrenzt diese Spannung nach Fig. 3
auf die Spannung U(v).
Entsprechend der Spannung U(v) werden der Transistor T1
und die Zenerdiode Z2 während der Funktionszeit des Vari
stors V mit der maximalen Stromstärke der Stromregelung
belastet (Fig. 4, J(max)) und es entsteht eine relativ
hohe Verlustleistung in den beiden Bauelementen. Da diese
Bauelemente außerdem mit verhältnismäßig hohen Toleranzen
behaftet sind, ist deren Zerstörung durch die aufge
nommene Verlustleistung nicht auszuschließen. Es bleibt
daher die Möglichkeit, für eine höhere Verlustleistung ge
eignete und damit teure Bauelemente zu verwenden oder die
Verlustleistung in diesen Bauelementen zu reduzieren.
Letzteres ist in einfacher Weise dadurch zu erreichen, daß
man den Steuereingang der vorgenannten Transistorschal
tung, d.h. die Basis des Transistors T3 über einen
ohmschen Widerstand (R8) und eine Zenerdiode (Z3) mit dem
Eingang der Strombegrenzung verbindet. Wählt man die
Kombination von Zenerdiode Z3 und Widerstand R8 so, daß
die Durchbruchsspannung U(Z3) etwas unterhalb der Span
nung U(v) liegt, bei der der Varistor V wirksam wird (Fig.
5, dann wird für die Zeit, in der U(a/b) größer U(Z3)
ist, der Transistor T1 gesperrt und J(max) verhält sich
entsprechend Fig. 6. Damit reduziert sich die Verlustlei
stung in T1 und Z2 ganz wesentlich. In den Fig. 4 und 6
bedeutet J (T1) der Strom, der durch den Transistor T1
fließt und die Zenerdiode Z2 im Überspannungsfall in Ab
hängigkeit von der Zeit t belastet.
Der in Fig. 1 aufgezeigte Kondensator C dient zur Span
nungsversorgung der Tastatur TA.
Claims (2)
1. Schaltungsanordnung für einen Überspannungsschutz in
elektronischen Fernsprechstationen mit Speisung über die
zweiadrige Teilnehmerleitung, wobei parallel zu den beiden
Adern am Eingang der Schaltung ein Varistor und parallel
zu diesem ein Verpolungsschutz vorgesehen ist, wobei nach
dem Verpolungsschutz in der das positive Potential der
Speisespannung führenden Ader ein zu einer in bekannter
Weise verwirklichten Strombegrenzung gehörender und als
NSI-Kontakt benutzter erster Transistor angeordnet ist,
wobei weiterhin der erste Transistor über eine aus einem
zweiten und einem dritten Transistor und Dimensionierungs
widerständen bestehende Transistorschaltung durch den
Wählimpulsausgang der Wähltastatur angesteuert wird und
wobei parallel zu den Eingängen der eigentlichen Stations
schaltung eine erste Zenerdiode geschaltet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der
positive Ausgang des Verpolungsschutzes (GG) über eine
Serienschaltung von einem ohmschen Widerstand (R8) und
einer weiteren Zenerdiode (Z3) in Sperrichtung mit der
Basis des Eingangstransistors (dritter Transistor) (T3)
der Transistorschaltung (T3, T2, R7, R3, R4) verbunden
ist, wobei die Durchbruchsspannung der Serienschaltung
(Z3, R8) kurz unterhalb der Varistordurchbruchsspannung
liegen muß.
2. Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der
erste Transistor (T1) für eine Sperrspannung ausgelegt
ist, die über der vorliegenden Netzspannung liegt und daß
die Spannungsbegrenzung des Varistors (V) oberhalb der
Netzspannung einsetzt.
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