DE3538088C2 - Schaltungsanordnung für einen Überspannungsschutz in elektronischen Fernsprechstationen - Google Patents

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.