CH627894A5

CH627894A5 - Speiseschaltung fuer eine telephonleitung mit einer schutzvorrichtung.

Info

Publication number: CH627894A5
Application number: CH225778A
Authority: CH
Inventors: Daniel Michel Auguste Fe Bolus; Jean-Pierre Chevillon; Jean-Charles Comte; Pierre Denis Paul Philippe
Original assignee: Int Standard Electric Corp
Priority date: 1977-03-02
Filing date: 1978-03-02
Publication date: 1982-01-29
Also published as: US4167654A; FR2382810B1; AR213892A1; BR7801240A; MX143920A; FR2382810A1; BE864426R; ES467492A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Speiseschaltung für eine Telephonleitung mit einer Gleichspannungsquelle und zwei Speisezweipolen, welche in je einem Zweige der Quelle angeordnet sind.

Derartige Schaltungen sind bereits bekannt, siehe z. B. die US-Patentschrift Nr. 3 787 739, oder das französische Patentgesuch Nr. 72 31939. Telephonleitungen sind hier mit dem Koppelnetzwerk ihres lokalen Amtes verbunden, so dass sie durchgeschaltet werden können. Sie werden durch Speiseschaltungen mit Gleichstrom gespeist, welche Schaltungen am Ende des Koppelnetzwerkes vorhanden sind. Ein Sperrkondensator ist in jeden Leitungsdraht eingefügt, so dass kein Gleichstrom zu den Koppelpunkten fliessen kann.

Es ist jedoch ein Hauptnachteil einer solchen Anordnung, dass das Koppelnetzwerk im Falle einer von der Leitung kommenden zu hohen Wechselspannung nicht geschützt ist. Tatsächlich ist praktisch die ganze Wechsel-Überspannung an den Klemmen der Speiseschaltung vorhanden und daher auch an den Koppelpunkten des Koppelnetzwerkes. Die Koppelpunkte können zerstört werden, wenn sie aus Halbleitern gebildet sind; handelt es sich um metallische Koppelpunkte, wird mindestens deren Lebensdauer verkürzt.

Ist die Überspannung eine Gleichspannung, so ist das Koppelnetzwerk durch die Sperrkondensatoren geschützt, diese müssen jedoch so ausgelegt sein, dass sie eine hohe Spannung aushalten und sind daher voluminös und teuer.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Speiseschaltung für eine Telephonleitung, welche die erwähnten Nachteile nicht aufweist, anzugeben.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Speiseschaltung ausführlich beschrieben. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein Schema einer Leitungsspeiseschaltung mit einer Schutzvorrichtung;

Fig. 2a und 2b Spannungskurven zur Erklärung der Arbeitsweise gemäss den Prinzipien der Erfindung;

Fig. 3 eine Variante der Speiseschaltung nach Fig. 1 ; und

Fig. 4 eine Leitungsspeiseschaltung mit zwei in entgegengesetzter Richtung angeschlossenen Schutzvorrichtung.

Die Fig. 1 zeigt ein Schema einer Leitungsspeiseschaltung mit einer Schutzvorrichtung. Es sind zwei Speise-Zweipole P und P' vorhanden, welche je in einem Zweig der Speisequelle in Serie geschaltet sind und eine Gleichspannung -V, üblicherweise —48 V, liefern. Diese Zweipole sind je mit einem der beiden Drähte der Telephonleitung an den Klemmen Q bzw. Q' angeschlossen. Die Zweipole sind so ausgelegt, dass sie für Gleichstrom einen geringen Widerstand und für Wechselstrom eine hohe Impedanz aufweisen. Ihr Zweck besteht darin, die Speisung wechselstrommässig zu isolieren, um die Sprachsignale nicht zu dämpfen und Nebensprechen zu verhindern.

Diese Speisezweipole, welche elektronische Schaltungen aufweisen können, sind in der Telephontechnik bekannt und werden daher nicht weiter beschrieben. Die beiden Sperrkondensatoren K und K', welche je in einem Draht der Leitung zwischen den Zweipolen und dem Koppelnetzwerk der Zentrale angeordnet sind, verhindern, dass der Speisestrom zu den Kop-pelpunktén fliesst. Eine Schutzvorrichtung PR ist auf der Leitungsseite der Zweipole angeordnet.

Die Schutzvorrichtung PR weist zwei NPN-Transistoren T1 und T2 auf, die als Darlington-Schaltung geschaltet sind. Der Transistor T1 ist in Serie in die Leitung geschaltet und erhält die Speisespannung —V, wobei sein Emitter mit der Klemme Q des Zweipoles P verbunden ist. Der Kollektor von Transistor T2 ist mit dem Kollektor von Transistor T1 verbunden. Der Emitter von Transistor T2 ist mit der Basis des Transistors T1 verbunden. Die Vorrichtung PR weist zwei weitere Transistoren T1 ' und T2' auf, die als falsche Darlington-Schaltung angeschlossen sind. Der NPN-Transistor T1 ' ist in Serie in den anderen Leitungsdraht geschaltet und sein Kollektor ist mit der Klemme Q' des Zweipols P' verbunden. Der Kollektor bzw. der Emitter des PNP-Transistors T2' ist mit der Basis bzw. dem Kollektor des Transistors T1 ' verbunden.

Die Basis des Transistors T2 ist über einen N-Kanal-MOS-Transistor M mit einer Hochimpedanzschaltung Z verbunden. Die Basis von Transistor T2' ist über einen P-Kanal-MOS-Tran-sistor M' ebenfalls mit der Schaltung Z verbunden. Die Gatterpotentiale der beiden MOS-Transistoren M und M' sind mit Hilfe einer Brücke aus zwei gleichen Widerständen R1 und Rl', welche durch die Spannung —V gespeist wird, auf — V/2 festgelegt.

Die Hochimpedanzschaltung Z besteht aus einem N-Kanal-Feldeffekttransistor F, in dessen Eingang ein Widerstand R2 in Serie liegt. Das Gatter ist durch die Spannung über den Klemmen des Widerstandes R2 vorgespannt.

Die Arbeitsweise der Schutzvorrichtung PR wird nun näher erläutert. Es werden zwei Phasen betrachtet: 1. Arbeitsweise im Normalbetrieb, 2. Arbeitsweise im Begrenzungsmodus.

Diese beiden Phasen der Arbeitsweise werden als Funktion der Spannungen vL und vL. an den Eingangsklemmen L und L' der Schutzvorrichtung PR definiert.

Die Normalarbeitsweise entspricht den folgenden Span-

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

nungen vL und vL. :

-V<vL<-Vs und -Vs<vL. <0

wobei Vs die Schwellwertspannung ist, d. h. praktisch gleich 5 V/2.

Dies ist der Fall, wenn keine Überspannungen vorhanden sind oder nur kleine, ungefährliche Überspannungen.

Der begrenzte Modus entspricht den folgenden Spannungen vL und vL-. 10

vL>-Vs oder vL> >-Vs.

Dies tritt ein, wenn eine gefährliche Überspannung vorhanden ist. 15

Die beiden Phasen der Arbeitsweise werden nun nacheinander erläutert.

Im Normalmodus arbeiten die Transistoren T1 und T1 ' im ansteigenden Teil ihrer Kennlinie Ic = f(VcE) mit Ib = konst. und stellen eine sehr geringe Impedanz (in der Ordnung von 5 Q) 20 dar. Die Schaltung Z arbeitet als Stromquelle und zeigt daher eine hohe Impedanz. Die Übertragungskennlinien der Sprachsignale werden daher durch die Schutzvorrichtung PR nicht gedämpft und alle Spannungsänderungen finden sich auch an den Klemmen Q und Q' der Zweipole. Die MOS-Transistoren 25 M und M' arbeiten im ansteigenden Teil ihrer Kennlinie ID = f(VDS) mit VGs = konst. und liefern einen konstanten Senkenstrom, während die Gatter-Quellen-Spannung den Spannungsänderungen an den Klemmen Q und Q' folgt. Diese Situation entspricht dem Teil Normalmodus der Fig. 2a und 2b, d. h. dem 30 Teil links der gestrichelten, senkrechten Linie. Die Fig. 2a zeigt die Spannung VCe des Transistors T1 als Funktion der Spannung vL an der Eingangsklemme L. Die Fig. 2b stellt die Spannung vq an der Klemme Q des Zweipols P als Funktion der Spannung vL dar. 35

Die Arbeitsweise im begrenzten Modus wird untersucht, indem die Spannung vL an der Eingangsklemme L betrachtet wird. Wenn die Spannung vL den Wert - Vs erreicht, nähert sich die Gatter-Quellen-Spannung des MOS-Transistors M dem Wert Null und der Senkenstrom verkleinert sich, wodurch der 40 Basisstrom von Transistor T2 reduziert wird. In der Folge arbeitet der Transistor T1 im horizontalen Teil seiner Kennlinie Ic = f(VcE) mit IB = konst. und seine Spannung VCe steigt im selben Masse wie vL an. Die Transistoren TI, T2 und M arbeiten als Spannungsregler und regeln die Spannung vQ auf den Wert 45 -Vs. Diese Situation entspricht dem Teil Begrenzungsmodus von Fig. 2a und 2b, der sich rechts von der gestrichelten vertikalen Linie befindet.

Wenn die Spannung vL kleiner als -V ist, ist der Transistor T1 gesperrt. Eine Diode D schützt ihn. Ähnlich, wenn die Span- 50 nung vL, grösser als Null ist, ist der Transistor T1 ' gesperrt. Dieser wird durch eine Diode D' geschützt.

Wie auch immer die Werte der Spannungen an den Klem-

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men L und L' der Schutzvorrichtung PR sein mögen, wird also immer gelten:

—V < vq < —Vs und — Vs < vq, < 0.

Diese Begrenzung des Spannungsausschlages an den Klemmen der Zweipole P und P' schützt also das Koppelnetzwerk wirksam gegen Leitungsüberspannungen. Es hat auch den Vorteil, dass der durch die beiden Zweipole fliessende Strom begrenzt wird.

Die oben beschriebene Schaltung verwendet Transistoren in Darlington-Konfiguration, um die Stromverstärkung zu erhöhen und daher mit einem niederen Steuerstrom in den MOS-Transistoren M und M' und in der Schaltung Z zu arbeiten. Im Prinzip könnte die Schaltung ebenso gut auch mit einem einzigen Transistor in jedem Draht ausgelegt werden.

Die Schutzvorrichtung PR kann so ausgelegt sein, dass sie den Überspannungen während der ganzen Zeit von deren Vorhandensein widerstehen kann. Dies würde jedoch grössere und teurere Transistoren T1 und T1 ' bedingen. Eine andere Lösung besteht darin, diese Transistoren kurze Zeit nach dem Auftreten einer Überspannung zu sperren. Die Überspannung wird in diesem Fall durch eine nicht gezeigte Detektionsschaltung detektiert, welche der Schutzvorrichtung PR vorgeschaltet ist. Diese Schaltung kann nach der französischen Patentanmeldung Nr. 77 00542 ausgelegt sein.

Die Transistoren T1 und T1 ' können mit Hilfe einer Sperrschaltung H gesperrt werden, welche in Fig. 3 gezeigt ist. Sie weist einen PNP-Transistor T3 auf, dessen Kollektor mit dem Gatter des MOS-Transistors M' und dessen Emitter mit Erde verbunden ist. Die Basis erhält über zwei Widerstände R3 und R4 ein Sperrsignal CP. Wenn dieses Signal negativ wird, leitet Transistor T3, wodurch das Gatter des MOS-Transistors M' geerdet und dieser gesperrt wird, was bewirkt, dass die Darling-ton-Transistoren gesperrt werden. Die Leitung wird nicht mehr gespeist.

Das Abschalten der Leitungsspeisung durch die Schutzvorrichtung ergibt zusätzlich zum vollständigen Schutz des Koppelnetzwerkes den Vorteil, dass es möglich ist, die Batterie umzukehren, ohne dass Zweirichtungsspeisepole nötig sind. Dieser Vorteil wird durch die in Fig. 4 gezeigte Leitungsspeiseausrüstung realisiert. Es sind wiederum zwei Kondensatoren K und K' sowie die beiden Speisezweipole P und P' vorhanden. Zwei Schutzvorrichtungen PR1 und PR2, welche mit der in Fig. 3 gezeigten Schutzvorrichtung PR identisch sind, sind vor den Zweipolen angeordnet, so dass sie Strom in entgegengesetzten Richtungen führen. Die Schutzschaltung PR1 verbindet die Eingangsklemme L mit der Klemme Q des Zweipols P und die Eingangsklemme L' mit der Klemme Q' des Zweipols P'. Die Schutzschaltung PR2 verbindet die Klemme L mit der Klemme Q' und die Klemme L' mit der Klemme Q. Wenn also die Schutzvorrichtungen schalten, wird die Richtung des Speisestromes in der Leitung umgekehrt, obwohl sie immer noch gleich ist in den Speisezweipolen.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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2

PATENTANSPRÜCHE

1. Speiseschaltung über eine Telephonleitung mit einer Gleichspannungsquelle (—V) und zwei Speisezweipolen (P, P')> welche je in einem der Zweige der Quelle angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass weiter mindestens eine Schutzvorrichtung (PR) vorhanden ist, welche in allen Fällen die Spannungen vq und vq. an Klemmen (Q, Q') der Zweipole innerhalb eines begrenzten Bereiches hält, so dass

-V < v0 < Vs

-V < Vq. < Ogilt,

wobei V die Spannung der Gleichspannungsquelle und Vs eine Schwellwertspannung ist, welche einen Wert von ungefähr V/2 aufweist.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzvorrichtung (PR) weiter folgende Elemente enthält: zwei vor den Zweipolen in Serie mit je einem der Drähte der Telephonleitung angeordnete Transistor-Paare (TI, T2;

T1 ', T2' ) eine Hochimpedanzschaltung (Z), welche durch je einen MOS-Transistor (M, M')mit den Basen je eines (T2;T2') der Transistor-Paare verbunden ist;und zwei in Serie mit je einem Transistor (T1 ; T1 ' ) der beiden Transitor-Paare liegende Schutzdioden (D; D').
3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gatter der MOS-Transistoren (M, M') auf einem festen Potential - V/2 liegen.
4. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzvorrichtung (PR) eine Sperrschaltung (H) aufweist, um einen der MOS-Transistoren (M') durch Erdung dessen Gatters zu sperren.
5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei identische Schutzvorrichtungen (PR1, PR2) aufweist, welche jedoch für entgegengesetzte Stromflussrichtungen gepolt sind, wobei die Polaritätsumkehr der Gleichspannung auf der Leitung durch Schalten der Schutzvorrichtungen erreicht wird.