DE3425535C1

DE3425535C1 - Schaltungsanordnung zum selbsttätigen Schließen einer unterbrochenen Fernspeiseschleife vor einer Unterbrechungsstelle

Info

Publication number: DE3425535C1
Application number: DE19843425535
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl.-Ing. 8034 Pöcking Kraicar
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-07-11
Filing date: 1984-07-11
Publication date: 1986-01-09

Description

Die Erfindung wird anhand des in der Figur darge- stellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Die Figur zeigt eine Schaltungsanordnung zum Schließen der Fernspeiseschleife für reihengespeiste Zwischenverstärker bzw. -regeneratoren bei Streckenunterbrechungen, damit der fehlerfreie Teil der Strecke in Betrieb bleiben kann. Mit Hilfe der Schaltungsanordnung wird die Fernspeiseschleife 17 so geschlossen, daß keine gefährlichen Dauerspannungen vor der Unterbrechungsstelle entstehen. Bei intakter Strecke ist die Schaltungsanordnung in der Lage, ungewollte Querverbindungen, welche durch Beeinflussungsspannungen oder -ströme entstehen können, selbsttätig aufzuheben.
Bei dem in der Figur gezeigten Fernspeisekreis 17 werden mit Hilfe der Konstantstromquelle 1 einer Speisestelle über den Fernspeisekreis 17 mehrere Zwischenstellen einer Nachrichtenübertragungsstrecke ferngespeist. Von den Zwischenstellen sind jeweils die ferngespeisten Verbraucher 31 ... 3kl dargestellt, die in den Fernspeisestrompfaden 17 und 172 der Fernspeiseschleife 17 liegen und die insbesondere durch Speiseeingänge von Zwischenverstärkern bzw. Regeneratoren gebildet sind. Gegebenenfalls kann je Zwischenstelle ein einziger Speiseeingang vorgesehen sein.
Auf der der Speisestelle abgewandten Seite der gezeigten Verstärkerstelle, d. h. im weiterführenden Teil der Fernspeiseschleife ist in die Ader 172 der Meßwiderstand 13 eingefügt. Zwischen den Verbrauchern 31 und dem Meßwiderstand 13 ist zwischen den beiden Adern 17 und 172 ein Querzweig Q vorgesehen, der die Speiseeingänge der Regeneratoren 3s miteinander verbindet und aus der Serienschaltung der Drossel 8, des Widerstandes 9, der Drain-Source-Strecke des Leistungs-Feldeffekttransistors 10 und des Schutzwiderstandes 11 besteht.
Parallel zur Drain-Source-Strecke liegt eine aus der Anoden-Kathodenstrecke des Thyristors 6 und der Diode 7 bestehende Serienschaltung. Die Anode des Thyristors 6 liegt an der Drain-Elektrode. Die Kathode der Diode 7 ist mit der Source-Elektrode verbunden.
Die Steuerelektrode des Thyristors 6 ist über die Z-Dioden-Serienschaltung 4 an die Drain-Elektrode und über den Widerstand 5 an die Source-Elektrode des Feldeffekttransistors 10 geführt.
Parallel zur Gate-Source-Strecke des Feldeffekttransistors 10 liegt die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 16, der mit seiner Basis an das dem Querzweig abgewandte Ende des Meßwiderstandes 13 angeschlossen ist, so daß der Meßwiderstand 13 an der Serienschaltung aus dem Widerstand 11 und der Basis-Emitter-Strecke des Transistors 16 liegt. Der Kollektor des npn-Transistors 16 liegt am Gate des Feldeffektransistors, der vom n-Typ ist.
Parallel zur Gate-Source-Strecke des Feldeffekttransistors 10 liegen die Z-Diode 12 und der Widerstand 15.
Im normalen Betriebsfall ist der Querzweig Q nicht leitend. Die Spannung, die zwischen den Strompfaden 17 und 172 vorhanden ist, liegt am MOS-Feldeffekttransistor 10, am Thyristor 6 und an den Z-Dioden 4 an. Alle diese Bauteile befinden sich dabei im nichtleitenden Zustand. Der Meßwiderstand 13 ist vom Fernspeisestrom 1'. durchflossen und erzeugt einen so hohen Spannungsabfall, daß die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 16 soviel Strom bekommt, um den Transistor 16 voll durchzusteuern. Die Gate-Source-Strecke des Feldeffekttransistors 10 wird damit spannungslos und der Feldeffekttransistor 10 sperrt.
Die Fernspeisequelle 1 ist eine Konstantstromquelle und speist die Fernspeiseschleife 17. Tritt eine Unterbrechung der Fernspeisestrecke auf der Seite der Schaltungsanordnung auf, die der Fernspeisequelle 1 abgewandt ist, so wird der Widerstand 13 stromlos. Der Transistor 16 geht vom leitenden in den sperrenden Zustand über. Das Gate des Feldeffekttransistors 10 nimmt gegenüber seiner Source-Elektrode eine Spannung an, die von der Z-Diode 12 und dem sehr hochohmigen Widerstand 14 bestimmt ist. Widerstand 15 ist der Gate-Source-Abschlußwiderstand. Durch die Gate-Spannung, die sich in diesem Betriebszustand einstellt, wird Feldeffekttransistor 10 leitend. Der Fernspeisestrom IFkann über die Drosselspule 8, den Widerstand 9, den Feldeffekttransistor 10 und den niederohmigen Widerstand 11 fließen.
Sobald die Fernspeiseschleife 17 geschlossen wird, fließt über den Widerstand 13 wieder ein Strom, der Transistor 16 wird leitend und damit der Feldeffekttransistor 10 sperrend.
Der Thyristor 6 mit den Z-Dioden 4 und dem Widerstand 5 stellen eine Vorrichtung zum Blitzschutz dar, die keinerlei Zündverzögerungszeit aufweist und damit einen zuverlässigen Schutz des Feldeffekttransistors 10 darstellt.
Sobald die Spannung zwischen den Fernspeisestrompfaden die höchste Betriebsspannung um ca. 10% bis 20% übersteigt, werden die Z-Dioden 4 leitend und zünden den Thyristor 6. Die Kabelkapazitäten 21, 22 der Strecke entladen sich über die Drossel 8, die di/dt- begrenzend wirkt, über den Widerstand 9, den Thyristor 6 und den Widerstand 11. Durch den dabei entstehenden Spannungsabfall am Widerstand 11 wird die Basis des Transistors 16 soweit negativ, daß er sperrt. Damit wird der Feldeffekttransistor 10 leitend. Der Feldeffekttransistor 10 übernimmt den Strom vom Thyristor 6, da er einen wesentlich kleineren Spannungsabfall aufweist.
Um diesen Effekt zu unterstützen, ist die Diode 7 in Reihe zum Thyristor 6 geschaltet. Diese Diode 7 kann gegebenenfalls entfallen, da der Feldeffekttransistor auch ohne sie in der Lage ist, den Strom zu übernehmen.
Nach der Stromübernahme geht der Thyristor 6 in den sperrenden Zustand über. Während des Abklingens des Entladestromes im Widerstand 11 steigt bei entsprechender Bemessung der Widerstände 11 und 13 die Spannung an der Basis des Transistors 16 wieder soweit an, daß der Transistor 16 durchlässig und der Feldeffekttransistor 10 sperrend wird. Damit schaltet sich der Querzweig, der sich bei der Blitzbeeinflussung eingeschaltet hat, selbsttätig wieder ab.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche: 1. Schaltungsanordnung zum selbsttätigen Schließen einer unterbrochenen Fernspeiseschleife vor einer Unterbrechungsstelle, für Fernspeiseeinrichtungen, die elektrische Verbraucher (31 ... 3n) aus einer Konstantstromquelle (1) mittels Gleichstrom-Reihenspeisung speisen, wobei in einem Querzweig (Q) eine einen steuerbaren Schalter und einen Widerstand (9) enthaltende Serienschaltung angeordnet ist und der Schalter durch einen Halbleiter gebildet und mittels einer an eine Steuerelektrode angeschlossenen Steuereinrichtung durch den in einem der Fernspeisepfade (172) fließenden Strom derart steuerbar ist, daß der Schalter bei Strömen oberhalb eines vorgegebenen Bruchteils vom Nennwert des Fernspeisestromes (IF) geöffnet und bei Strömen unter einem vorgegebenen Bruchteil vom Nennwert des Fernspeisestromes (IF) geschlossen ist, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß der steuerbare Schalter durch einen mit der Source-Drain-Strecke im Querzweig (Q) liegenden Feldeffekttransistor (10) gebildet ist und daß parallel zur Source-Drain-Strecke des Feldeffekttransistors (10) die Anoden-Kathoden-Strecke eines Thyristors (6) angeordnet ist und daß dessen Steuerelektrode derart über einen Widerstand (5) an die eine und über einen nichtlinearen Zweipol (4) nach Art einer Z-Diode, der bei Spannungen unterhalb einer Schwellenspannung gesperrt und bei Spannungen oberhalb einer Schwellenspannung leitend ist, an die andere Hauptelektrode des Thyristors (6) geführt ist, daß der Widerstand (5) parallel zur Steuerstrecke des Thyristors (6) liegt und daß der Thyristor (6) durch Einschalten des Feldeffekttransistors (10) löschbar ist 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellenspannung des nichtlinearen Zweipols größer ist als die höchste Betriebsspannung der Konstantstromquelle (1).

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine zum Thyristor (6) gleichsinnig in Serie angeordnete Diode (7).

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Steuerstrecke des Feldeffekttransistors (10) die Emitter-Kollektor-Strecke eines bipolaren Transistors (16) liegt, der durch den in einem der Fernspeisestrompfade (172) fließenden Strom derart steuerbar ist, daß er bei Strömen oberhalb des vorgegebenen Bruchteils vom Nennwert des Fernspeisestromes (Is)leitend und bei Strömen unter dem vorgegebenen Bruchteil vom Nennwert des Fernspeisestromes (IF) gesperrt ist und daß die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors (10) über einen ersten Widerstand (14) an den anderen Fernspeisestrompfad (17i) geführt ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Steuerstrecke des Feldeffekttransistors (10) ein Widerstand (15) angeordnet ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Steuerstrecke des Feldeffekttransistors (10) eine für die zwischen den Fernspeisestrompfaden (171, 172) liegende Spannung in Sperrichtung gepolte Z-Diode (12) angeordnet ist.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Querzweig (Q) zwischen der Source-Elektrode des Feldeffekttransistors (10) und dem einen Fernspeisestrompfad (172) ein Widerstand (11) angeordnet ist.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Querzweig (Q) zwischen der Drain-Elektrode des Feldeffekttransistors (10) und dem anderen Fernspeisestrompfad (17,) eine Drossel (8) angeordnet ist Die Erfindung bezieht sich auf eine wie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebene Schaltungsanordnung.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist bereits aus der DE-OS 3227 866 bekannt. Bei der bekannten Schaltungsanordnung ist der Querzweig mit Hilfe von Thyristoren, d. h. mit Halbleitern realisiert.

Bei derartigen Schaltungsanordnungen werden bei dem Einschalten des Querzweiges über einen Querwiderstand Punkte der Fernspeisestrecke miteinander verbunden, die im Normalbetrieb Spannungen in der Größenordnung bis zu 103 V gegeneinander führen können. Dies verursacht einen Entladestrom der Kabelkapazitäten, welcher z. B. bis über 1 0-A ansteigen und einige 100 ,usec anstehen kann. In diesem Zusammenhang ist von Vorteil, daß die Vorschaltdrossel bei einem mit Halbleiterbauelementen aufgebauten Querzweig vergleichsweise klein sein kann, da sie im wesentlichen nur zur di/dt-Begrenzung benötigt wird. Außerdem erlaubt der vergleichsweise große zulässige Stoßstrom einen relativ kleinen Ohm-Wert des Widerstandes im Querzweig. Dadurch ergibt sich eine geringe Wärmeerzeugung im Fehlerfall, bei dem der Fernspeisestrom über den Querzweig fließt.

Allerdings erfordern Thyristoren zu ihrer Ansteuerung vergleichsweise große Steuerströme. Da weiterhin am Querzweig der Schaltungsanordnung Spannungen verschiedener Größe liegen können, kann die Bemessung der Widerstände im Steuerkreis Schwierigkeiten bereiten, da einerseits die Verlustleistung bei hoher Spannung gering und andererseits der Steuerstrom bei niedrigen Spannungen ausreichend groß sein soll.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß sich der im Querzweig befindliche elektronische Schalter möglichst sicher und verlustarm steuern läßt. Insbesondere soll die Schaltungsanordnung dabei in der Lage sein, ungewollte Querverbindungen über den Querzweig, die durch Beeinflussungsspannungen oder -ströme entstehen können, selbsttätig aufzuheben.

Gemäß der Erfindung wird die Schaltungsanordnung zur Lösung dieser Aufgabe in der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Weise ausgebildet Der nichtlineare Zweipol nach Art einer Z-Diode kann dabei z. B. eine Serienschaltung von Dioden sein, wobei die Summe der Schwellenspannungen der Dioden wirksam ist. Vorzugsweise finden eine oder mehrere Z-Dioden Verwendung.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ergibt sich in vorteilhafter Weise eine besonders verlustleistungsarme und zuverlässig arbeitende Schaltungsanordnung.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.