DE19722838C2

DE19722838C2 - Schaltungsanordnung zur kontrollierten Impulseinkopplung zu Prüfzwecken

Info

Publication number: DE19722838C2
Application number: DE1997122838
Authority: DE
Inventors: Axel Raus
Original assignee: Deutsche Telekom AG
Current assignee: Deutsche Telekom AG
Priority date: 1997-05-30
Filing date: 1997-05-30
Publication date: 2000-05-25
Anticipated expiration: 2017-05-31
Also published as: DE19722838A1

Description

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur kontrollierten Impulseinkopplung zu Prüfungszwecken gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist insbesondere darauf ausgerichtet, die Impulseinkopplung über gleichspan nungsbehaftete Prüfleitungen zu ermöglichen, ohne daß durch Überspannungen unkontrollierte Schaltvorgänge hervorgerufen werden.

Nach bekanntem Stand der Technik sind in der Vornorm zur Störfestigkeits-Grundnorm ENV 50142 VDE V 0843 Teil 5 vom Oktober 1995 zur Einkopplung der Impulse 10/700 µs und 1,2/50 µs Überspannungsableiter (ÜSAG) als eine mögliche Einkoppelvariante vorgesehen. Auftretende Überspannungen werden dabei gegen Masse abgeleitet. Werden diese Überspan nungsableiter bei einer kapazitiven Last zur Impulseinkopp lung eingesetzt, entstehen unkontrollierte Schaltvorgänge, die zur Zerstörung des Prüflings führen können.

Von Haase "Dioden als Überspannungsschutz" in de/der Elektromeister und deutsches Elektrohandwerk, de 8/90 S. 553-556 sind Schutzschaltungen mit Dioden bekannt, welche ausschließlich auf die Verhinderung von Überspannungen im Zusammenhang mit einer Impulseinkopplung ausgerichtet ist.

Aus FR 2738682 ist es bekannt, Feldeffekttransistoren in Schutzschaltungen gegen Überspannungen einzusetzen.

DE 341 962 C2 zeigt den Einsatz von Feldeffekttransistoren in Schutzschaltungen. Die beschriebenen Schutzschaltungen werden ebenfalls zum Schutz gegen Überspannungen eingesetzt.

Aus "301 Schaltungen", Elektor Verlag GmbH, 1982, 5133 Gangelt 1, Seite 346 ist eine als Sicherung für überspannungsempfindliche Bauteile ausgebildete Schutzschaltung bekannt. Auch diese Schaltung ist ausschließlich auf den Überspannungsschutz ausgerichtet.

DE 44 17 129 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überprüfung von Überspannungsschutzanlagen mit einer Überspannungsschutzeinrichtung, die auf Lichtbogen-Basis arbeitet. An die zu überprüfende Überspannungsschutzanlage wird eine für die zu überprüfende Überspannungsschutzanlage ausreichende Zündspannung angelegt. Nach dem Zünden der Überspannungsschutzeinrichtung wird der Folgestrom als Bewertungskriterium für die Funktionstüchtigkeit der Überspannungsschutzeinrichtung gemessen.

Eine bekannte Lösung zur Vermeidung von unkontrollierten Schaltvorgänge besteht in der Verwendung einer bidirekten Zenerdiode zur Impulseinkopplung, wie beispielsweise in VDE 0845 "Schutz von Fernmeldeanlagen gegen Blitzeinwirkung, statische Aufladungen und Überspannungen aus Starkstromanlagen" Oktober 1987; Teil 1 Seite 17 Bild 7 beschrieben. Bei dieser Lösung treten unerwünschte Spannungssprünge nicht auf. Um aber die Impulsfestigkeit der Zenerdioden bei einer max. Prüfspannung von 4 kV und einem daraus resultierenden maximalen Strom von 160 A bei einem minimalen Vorschaltwiderstand von 25 Ω sicherzustellen, müßte eine Zenerdiode mit einer Leistung von ca 100 W verwendet werden. Zenerdioden mit derartiger Leistung sind aber sehr teuer und werden daher äußerst selten vertrieben.

Die technische Aufgabe besteht darin, eine Schaltungsan ordnung zu entwickeln, die zur kontrollierten Impulseinkopplung zu Prüfzwecken dient, und die eine kostengünstige Alternative zu der oben beschriebenen Zenerdiode darstellt. Die zu entwickelnde Schaltungsanordnung soll dabei aus Standardbauelementen aufgebaut werden.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im Patentanspruch gelöst.

Das Grundprinzip der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht darin, zwei Feldeffekttransistoren T zur Übernahme des Leistungsteils der Schutzschaltung zu verwenden. Dadurch ist es möglich, die Schaltvorgänge zum Überspan nungsschutz durch zwei Zenerdioden Z geringerer Leistung zu realisieren.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung besteht aus zwei miteinander verbundenen identischen Schaltungskomponenten S1 und S2, die zwischen den Anschaltepunkten A und B eines Netzwerkes angeordnet sind. Anschaltepunkte im erfindungs gemäßen Sinn sind als Schnittstellen, wie beispielsweise S₀-Schnittstelle, U_K0-Schnittstelle oder a/b-Schnittstelle, konzipiert. Da beide Schaltungskomponenten S1 und S2 iden tisch sind, können sie wechselseitig zwischen den Anschal tepunkten A und B angeschaltet werden.

Jede Schaltungskomponente S1, S2 besteht aus einem Feld effekttransistor T, dessen SOURCE-Elektrode S über einen Widerstand R mit der GATE-Elektrode G und dessen DRAIN- Elektrode D über eine Zenerdiode Z mit der GATE-Elektrode G verbunden ist. Beide Schaltungskomponenten S1 und S2 sind über die SOURCE-Elektroden S ihrer Feldeffekttransistoren T miteinander verbunden. Die Anschaltung der aus den beiden Schaltungskomponenten S1 und S2 bestehenden Gesamtschaltung an die Anschaltepunkte A und B des Netzwerkes erfolgt immer über die dem jeweiligen Anschaltepunkt A oder B zugeordnete Schaltungskomponente S1 und S2, wobei die Anschaltung über die Drain-Elektrode D des Feldeffekttransistors T der je weiligen Schaltungskomponente S1 und S2 realisiert wird. Da beide Schaltungskomponenten S1 und S2 schaltungs technisch identisch sind, ist eine Vertauschung der Anschaltepunkte A und B bei der Anschaltung der erfin dungsgemäßen Schaltungsanordnung an das Netzwerk funk tionell möglich.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Fig. 1 zeigt das Wirkprinzip der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

In Fig. 2 ist eine konkrete Ausführungsform abgebildet, deren Wirkungsweise nachfolgend erläutert wird:

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung besteht aus den Schaltungskomponenten S1 und S2 wie oben beschrieben, die über die SURCE-Elektroden S ihrer Feldeffekttransistoren T1 und T2 miteinander verbunden sind.

Die Feldeffekttransistoren T₁ und T₂ übernehmen erfindungs gemäß den Leistungsteil der Schutzschaltung. Sie müssen daher in ihrer Bemessung diesem Zweck entsprechen. Für den Einsatz in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind beispielsweise Feldeffekttransistoren vom Typ BUZ 341 ge eignet. Mit den Widerständen R₁/R₂ = 2 kΩ wird die Span nung im Ruhezustand zwischen der jeweiligen GATE-Elektrode G und der SOURCE-Elektrode S auf 0 Volt reduziert, und der Feldeffekttransistor T₁ ist hochohmig.

Wird nun eine positive Spannung von < 100 Volt an das Netzwerk zwischen den Anschaltepunkten A und B angelegt, wird der untere Teil der Schaltung durch die Wirkung der Schutzdiode im Feldeffekttransistor T₂ niederohmig. Der obere Teil bleibt hochohmig. Der Strom durch die Zenerdiode Z₁ ist gering und somit wird der Feldeffekttransistor T₁ noch nicht angesteuert und bleibt hochohmig. Erst wenn eine Spannung von größer 100 Volt an der Schaltungsanordnung anliegt, steigt der Strom in der Zenerdiode Z₁ rapide an, und der Transistor T₁ wird durch den Spannungsabfall am Widerstand R₁ leitend.

Bei einer Umpolung der Schaltung werden die gleichen Wir kungsmechanismen am Widerstand R₂, der Zenerdiode Z₂ und dem Feldeffekttransistor T₂ genutzt.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1

erste Schaltungskomponente

2

zweite Schaltungskomponente
A Anschaltepunkt an das Netzwerk
B Anschaltepunkt an das Netzwerk
T Feldeffekttransistor
S SOURCE-Elektrode
D DRAIN-Elektrode
G GATE-Elektrode
R Widerstand
Z Zenerdiode
Bauelemente der ersten Schaltungskomponente

1

T₁

Feldeffekttransistor
R₁

Widerstand
Z₁

Zenerdiode
Bauelemente der zweiten Schaltungskomponente

2

T₂

Feldeffekttransistor
R₂

Widerstand
Z₂

Zenerdiode

Claims

Schaltungsanordnung zur kontrollierten Impulseinkopplung zu Prüfzwecken, wobei die Schaltungsanordnung zwischen den Anschaltepunkten A und B eines Netzwerkes angeord net ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus zwei iden tischen, gegeneinander austauschbaren Schaltungskompo nenten (S1; S2) zusammengesetzt ist, wobei jede Schal tungskomponente (S1; S2) aus einem Feldeffekttransistor (T) besteht, dessen SOURCE-Elektrode (S) über einen Widerstand (R) mit der GATE-Elektrode (G) und dessen DRAIN-Elektrode (D) über eine Zenerdiode (Z) mit der GATE-Elektrode (G) verbunden ist, daß beide Schaltungs komponenten (S1; S2) über die SOURCE-Elektroden (S) ihrer Feldeffekttransistoren (T) miteinander verbunden sind, und daß die Anschaltung der über die SOURCE-Elek troden (S) verbundenen Schaltungskomponenten (1; 2) an die Anschaltepunkte A und B über die DRAIN-Elektrode (D) des dem jeweiligen Anschaltepunkt (A; B) zugeord neten Feldeffekttransistors (T) erfolgt.