Brevet FR2465378A1 — publié le 19810320

L'invention concerne un dispositif de protection d'un joncteur d'abonné contre les surtensions en ligne, ce joncteur étant alimenté par un circuit d'alimentation formé par la batterie du central en série avec une source auxiliaire de tension continue pour fournir sur ses deux bornes de sortie reliées à la ligne d'abonné des tensions comprises entre les tensions aux bornes extrêmes du circuit d'alimentation, ce dispositif de protection comportant deux diodes de calage connectée entre les bornes de sortie du Joncteur et la borne de la batterie formant une borne extrême du circuit d'alimentation. Un joncteur d'abonné auquel s'applique le dispositif de protection envisagé est décrit par exemple dans la demande de brevet français au nom de la demanderesse, publiée sous le nO 2 406 357. Ce joncteur est alimenté, lorsque la boucle d'abonné est fermée, par la batterie du central, pour faire circuler le courant continu de boucle dans la ligne d'abonné et est alimenté, lorsque la boucle d'abonné est ouverte, par la batterie du central en série avec une source auxiliaire de tension continue, pour fournir à la ligne d'abonné la tension alternative d'appel. Par rapport à la masse reliée à la borne commune entre la batterie et la source auxiliaire, la tension de la batterie est par exemple - Eo = - 48 V et la tension de la source auxiliaire est + Vo = + 60 V. Comme moyen de protection d'un joncteur contre les surtensions accidentelles engendrées dans la ligne d'abonné, il est connu d'utiliser des diodes de calage (clamping en anglais) comprenant deux diodes connectées dans le même sens de conduction entre les deux bornes de sortie du joncteur et une borne du circuit d'alimentation et deux autres diodes connectées dans l'autre sens de conduction entre les deux bornes de sortie du joncteur et l'autre borne de la source d'alimentation. Ces diodes permettent de caler les surtensions accidentelles créées dans la ligne d'abonné sur les tensions aux bornes du circuit d'alimentation.Ce calage par diodes ne pose pas de problème lorsque le circuit d'alimentation du joncteur est constitué par une source d'impédance interne très faible, comme la batterie du central, par laquelle peuvent s 'écouler sans chute de tension appréciable les intensités élevées créées par les surtensions et traversant les diodes de calage. Par contre, lorsque le circuit d'alimentation du joncteur comporte en série avec la batterie du central une source auxiliaire à impédance interne relativement élevée, on ne peut utiliser que les diodes de calage reliées à la batterie, mais pas les diodes de calage reliées à la source auxiliaire qui possède une impédance interne trop élevée, pour écouler sans chute de tension appréciable, les surintensités dues aux surtensions. La présente invention fournit un moyen efficace et simple pour protéger un joncteur contre les surtensions en ligne, quand le circuit d'alimentation de ce joncteur comporte une source auxiliaire de tension à impédance élevée. Conformément à l'invention, le dispositif de protection comporte, en plus de deux diodes de calage connectées entre les deux bornes de sortie du joncteur et la borne de la batterie formant une borne extrême du circuit d'alimentation, deux dipôles connectés entre les deux bornes de sortie du joncteur et l'autre borne de la batterie, et ayant un seul sens de passage du courant inverse de celui des diodes de calage, chaque dipôle étant agencé avec des moyens de seuil pour que son impédance bascule d'une valeur élevée à une valeur faible lorsque l'amplitude de la tension entre ses bornes dépasse d'une valeur relativement faible l'amplitude de la tension de la source auxiliaire. Avec le dispositif de protection de l'invention, les tensions fournies par le joncteur à la ligne d'abonné ne sont pratiquement pas perturbées, en l'absence de surtensions, par les deux dipôles qui ont alors une impédance élevée. En présence de surtensions ayant la polarité de la tension de la source auxiliaire et une amplitude dépassant cette dernière tension, l'impé- dance des dipôles devient faible et ces surtensions sont pratiquement calées sur la tension à une borne de la batterie du central, qui écoule facilement les surintensités dues à ces surtensions. Les surtensions de polarité inverse et dont l'amplitude dépasse celle de la tension de la batterie, sont calées de fa çon classique par les diodes de calage sur l'autre borne de la batterie. La description suivante en regard des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente le dispositif de protection d'un joncteur, conforme à l'invention. La figure 2 représente la caractéristique tension-courant d'un dipôle utilisé dans le dispositif de protection de l'invention. Sur la figure 1, on a représenté un joncteur d'abonné 1 qui, à partir d'un circuit d'alimentation en courant continu connecté à ses deux bornes d'alimentation 2 et 3, engendre entre ses deux bornes de sortie 4 et 5, sous la commande du central 6, la tension à appliquer entre les deux fils 7 et 8 de la ligne d'abonné. Cette tension est, en dehors des périodes d'appel, une tension continue et, pendant les périodes d'appel, une tension alternative à 50 Hz par exemple. Le joncteur envisagé utilise, comme circuit d'alimentation, la batterie 9 du central en série avec une source auxiliaire 10 de tension continue. On appelle ici batterie, non seulement une batterie d'accumulateurs, mais tout dispositif d'alimentation ayant une résistance interne très faible comme une batterie d'accumulateurs. La batterie 9 a un pôle positif 11 relié à la masse du central ; son pôle négatif 12 relié à la borne d'alimentation négative 3 du joncteur, est à la tension - Eo (par exemple - 48 V) par rapport à la masse. La source auxiliaire 10 a son pôle négatif 13 relié à la masse ; son pôle positif 14 est à la tension + Vo (par exemple + 60 V).La borne d'alimentation positive 2 du joncteur est reliée,par l'intermédiaire du circuit commutateur 15, soit à la masse quand le circuit 15 est commandé sur la position r, soit à la borne positive 14 de la source auxiliaire 10 quand le circuit 15 est commandé sur la position t. Le circuit commutateur 15 est commandé par un signal S fourni par le central 6 et élaboré à partir d'un circuit détecteur de boucle incorporé dans le joncteur et non représenté. Quand la boucle d'abonné est fermée, le circuit commutateur 15 est sur la position r et la borne d'alimentation positive 2 du joncteur est à la masse. Quand la boucle d'abonné est ouverte le circuit commutateur est sur la position t et la borne d'alimentation 2 du joncteur est à la tension + VO. Un joncteur utilisant un circuit d'alimentation formé de la batterie 9 du central et de la source auxiliaire 10 pour fournir entre ses bornes de sortie 4 et 5 la tension continue et la tension alternative d'appel requises, a été décrit dans la demande de brevet précitée n0 2 406 357.Quand la boucle d'abonné est fermée, la ligne d'abonné est alimentée par une tension continue d'amplitude proche de E0, et par exemple la borne de sortie 4 du joncteur est pratiquement à la masse, la borne de sortie 5 étant à une tension proche de - Eo. Quand la boucle d'abonné est ouverte, en dehors des périodes d'appel, la ligne d'abonné est alimentée par une tension continue d'amplitude proche de Eo + VO et par exemple la borne de sortie 4 du joncteur est à une tension proche de + Vo, la borne de sortie 5 étant à une tension proche de - Eo. Quand la boucle d'abonné est ouverte, pendant les périodes d'appel, la ligne d'abonné est alimentée par la tension alternative d'appel avec une amplitude proche de E0 + VO (108 V par exemple Si Eo = 48 V et VO = 60 V), les bornes de sortie 4 et 5 du joncteur étant portées pendant ces périodes d'appel à des tensions alternatives dont la valeur instantanée est toujours comprise entre - Eo et + VO. Finalement dans n'importe quelle circonstance de fonctionnement normal du joncteur, la tension sur la borne de sortie 4 et sur la borne de sortie 5 reste comprise entre - Eo et + Vo. Pour protéger le joncteur contre les surtensions accidentelles engendrées par exemple par la foudre, sur les fils 7 et 8 de la ligne d'abonné, il est connu d'utiliser des diodes de calage telles que les diodes 16 et 17 qui sont branchées d'un côté aux bornes de sortie 4 et 5 du joncteur et de l'autre côté à la borne 12 de la batterie 9 du central, qui est à la ten sion - Eo. Le sens de branchement de ces diodes 16 et 17 est tel qu'elles ne deviennent conductrices que lorsque la tension sur les bornes 4 et 5 devient plus négative que la tension - E,. A ces diodes de calage sont associées des résistances 18 et 19 branchées en série sur les deux fils 7 et 8 de la ligne d'abonné et qui limitent l'intensité du courant durant les surtensions. Ces résistances 18 et 19 peuvent être des résistances à coefficient de température positif. Les diodes de calage 16 et 17 ne perturbent pas le fonctionnement normal du joncteur. Pendant les surtensions sur la ligne abonné plus négatives que la tension - Eo, un courant élevé, toutefois limité par les résistances 18 et 19, traverse les diodes de calage 16 et 17 et apparaît sur la borne 12 de la batterie 9 du central. Comme cette batterie a une résistance interne très faible, elle peut écouler des courants élevés sans que la tension qui est normalement - E0 sur sa borne 12, soit changée sensiblement. I1 en résulte que pendant ces surtensions négatives, les tensions sur les bornes de sortie 4 et 5 n'atteignent pas des valeurs négatives d'amplitude beaucoup plus grande que Eo. Si la source auxiliaire 10 n'est pas une batterie, mais un dispositif d'alimentation en courant continu prévu seulement pour un ou quelques joncteurs et fournissant une tension + VO avec une impédance interne assez élevée, il n'est pas possible d'utiliser le même système de diodes de calage pour éviter lteffet nuisible de surtensions sur la ligne d'abonné, plus positives que la tension + VO. Ces diodes non représentées seraient branchées entre les bornes 4 et 5 et la borne positive 14 de la source auxiliaire 10, en sens inverse des diodes 16 et 17.Pour les surtensions plus positives que la tension + VOS le courant élevé qui apparaîtrait alors sur la borne 14, ferait s'élever de façon importante la tension sur cette borne 14 du fait de l'impédance interne de la source auxiliaire 10 et la tension sur les bornes de sortie 4 et 5 du joncteur pourrait atteindre des valeurs dangereuses. Pour résoudre ce problème, l'invention prévoit de connecter respectivement entre les bornes de sortie 4 et 5 et la borne 11 de la batterie du central reliée à la masse, deux dipôles identiques 20 et 21, ayant un seul sens de passage du courant, inverse de celui des diodes de calage 16 et 17, chaque dipôle étant agencé avec des moyens de seuil pour que son impédance passe d'une valeur élevée à une valeur faible lorsque la tension entre ses bornes dépasse d'une valeur relativement faible la tension VO de la source auxiliaire 10. Sous la forme représentée, le dipôle 20 comporte, branché entre sa borne d'entrée 22 et sa borne 23 reliée à la masse, le montage en s6- rie d'une résistance 24 de valeur R1, d'une diode 25 connectée dans le sens de passage du courant de 22 à 23 et d'une résistance 26 de valeur R2. Le transis tor pnp 27 a sa base connectée à l'extrémité de la résistance 24 reliée à la diode 25, son émetteur connecté à l'autre extrémité de la résistance 24, enfin son collecteur connecté à la borne 23 à travers la résistance 28 de valeur R. Le transistor npn 29 a son émetteur connecté à l'extrémité de la résistance 28 reliée à la borne 23, sa base reliée à l'autre extrémité de la résistance 28, enfin son collecteur relié à la base du transistor 27. Le schéma (non représenté) du dipôle 21 est identique. Avec le schéma que l'on vient de décrire, il est clair que le courant dans le dipôle 20 ne peut s'écouler que dans le sens de la borne 22 à la borne 23. La caractéristique tension-courant de ce dipôle est indiquée à la figure 2. Les résistances 24 et 26 ont des valeurs R1 et R2 élevées et le Rî rapport R2 est choisi de telle manière que pour une tension u entre les bornes 22 et 23 du dipôle inférieure à VO (60 V dans l'exemple choisi), la tension aux bornes de R1 qui est appliquée entre la base et l'-émetteur du transistor 27, n'atteigne pas la valeur d'environ 0,6 V au-delà de laquelle le transistor 27 commence à conduire. Pour u OA de la caractéristique de la figure 2.Quand la tension u entre les bornes du dipôle croit au-delà de la valeur VO correspondant au point A, le transistor 27 commence à conduire et son courant de collecteur traversant la résistance 28 est d'abord insuffisant pour créer aux bornes de cette résistance 28 une tension qui débloque le transistor 29. Le transistor 27 étant conducteur, tant que le transistor 29 n'est pas débloqué, la caractéristique du dipôle est représentée par la partie AB. Au point B de 1a caractéristique, la tension Vs est légèrement supérieure à la tension VO au point A (de quelques Volts pour VO = 60 Volts). Pour cette tension VS la tension aux bornes de la résistance 28 qui est appliquée entre la base et l'émetteur du transistor 29, atteint la valeur d'environ 0,6 V pour laquelle le transistor 29 commence à conduire. Le courant de collecteur du transistor 29 qui est appliqué à la base du transistor 27, détermine alors une augmentation du courant de collecteur de ce transistor 27. I1 est donc clair qu'il se produit un processus cumulatif à l'issue duquel les deux transistors 27 et 29 deviennent saturés. Ce processus est pratiquement un basculement du dipôle qui est représenté par la partie BC de la caractéristique. Au point C, juste après le basculement, la tension aux bornes du dipôle est très faible et correspond sensiblement à la tension aux bornes des deux transistors 27 et 29 en cascade et saturés. Au-delà du courant iS correspondant au point C, la tension aux bornes du dipôle augmente très faiblement, comme l'indique la partie CD de la caractéristique sur la figure 2. Le dipôle se comporte alors comme une résistance de faible valeur. Puisque pendant le fonctionnement normal du joncteur les tensions sur les bornes 4 et 5 restent comprises entre - E0 et + UO, les dipôles 20 et 21 n'absorbent par exemple que quelques microampères avec des résistances R1 et R2 suffisamment élevées. Ces dipôles ne changent donc pratiquement pas le fonctionnement normal du joncteur. Quand une surtension positive sur un fil de la ligne d'abonné atteint la valeur U5 et a une puissance suffisante pour faire circuler dans un dipôle un courant ayant au moins l'intensité iS, la tension aux bornes de ce dipôle reste très faible et la surtension se cale pratiquement sur la tension bien définie de la masse, ce qui élimine la surtension pour le joncteur. Quand la surtension disparaît, le dipôle acquiert de nouveau son fonctionnement représenté par la partie AB de la caractéristique et le joncteur reprend son fonctionnement normal. On peut noter que grâce à la forme de la caractéristique du dipôle présentant une partie AB à pente faible avant le basculement en B, seules les surtensions susceptibles de fournir un courant minimal iS peuvent produire ce basculement. Avec le circuit représenté sur la figure 1, ce courant minimal peut être réglé aisément, en réglant la résistance 28. Enfin, on peut remarquer qu'au lieu de caler les surtensions négatives sur la tension - Eo par de simples diodes 16 et 17, on pourrait aussi caler ces surtensions négatives sur la masse, par des dipôles analogues aux dipôles 20 et 21, mais ayant l'autre sens de conduction. REVENDICATIONS : 1. Dispositif de protection d'un joncteur d'abonné contre les surtensions en ligne, ce joncteur étant alimenté par un circuit d'alimentation formé par la batterie du central en série avec une source auxiliaire de tension continue pour fournir sur ses deux bornes de sortie reliées à la ligne d'abonné des tensions comprises entre les tensions aux bornes extrêmes du circuit d'alimentation, ce dispositif de protection comportant deux diodes de calage connectées entre les deux bornes de sortie du joncteur et la borne de la batterie formant une borne extrême du circuit d'alimentation et étant caractérisé en ce que il comporte deux dipôles connectés entre les deux bornes de sortie du joncteur et l'autre borne de la batterie, et ayant un seul sens de passage du courant, inverse de celui des diodes de calage, chaque dipôle étant agencé avec des moyens de seuil pour que son impédance bascule d'une valeur élevée à une valeur faible lorsque l'amplitude de la tension entre ses bornes dépasse d'une valeur relativement faible l'amplitude de la tension de la source auxiliaire. 2. Dispositif de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque dipôle est agencé pour que sa caractéristique tension-courant présente une partie (AB) à pente faible avant le point de basculement (B) de l'impédance du dipôle. 3. Dispositif de protection selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque dipôle est constitué par le montage en série de deux résistances et d'une diode connecté entre les bornes d'entrée et de sortie du dipôle, par un premiertransistor d'un type correspondant à celui de la diode et dont l'émetteur est connecté à ladite borne d'entrée, dont la base est connectée entre les deux résistances et dont le collecteur est connecté à ladite borne de sortie à travers une troisième résistance, un deuxième transistor de l'autre type ayant sa base et son collecteur respectivement connectés au collecteur et à la base du premier transistor et son émetteur connecté à ladite borne de sortie du dipôle.