Brevet FR2504323A1 — publié le 19821022

"POSTE TELEPHONIQUE D'ABONNE MUNI D'UN DISPOSITIF DE PRO- TECTION CONTRE LES SURTENSIONS" La présente invention concerne un poste téléphonique d'abonné muni d'un dispositif de protection contre les sur- tensions, ledit poste comportant, entre autres, un circuit électronique de transmission et de numérotation coopérant avec un clavier à touches digitales. Si l'introduction des circuits électroniques dans les équipements de télécommunication est la source de nom- breux progrès, elle a rendu plus ardue la solution de cer- tains problèmes de sécurité parmi lesquels on peut citer la protection contre les surtensions. En effet, la structure même des équipements électro- mécaniques classiques leur permet de résister à des surten- sions de plusieurs dizaines, voire plusieurs centaines de volts, ce qui autorise la mise en oeuvre de moyens de pro- tection rustiques et efficaces tels que des éclateurs Il n'en est pas de même pour les équipements munis de circuits électroniques qui ne supportent pas les surtensions aupara- vant admises. Cette situation a conduit à employer des moyens de protection, soit actifs constitués par des circuits élec- troniques, soit passifs constitués par des composants à caractéristiques non linéaires. Dans les moyens actifs, on peut citer le circuit décrit dans la demande de brevet français N O 2 453 522 et qui est destiné à limiter le courant parcourant une ligne téléphonique; ce dispositif est impropre à protéger com- plètement un poste téléphonique d'abonné car il ne peut résister à des surtensions importantes telles que celles qui peuvent résulter, par exemple, du contact accidentel d'une ligne téléphonique avec un cable de distribution d'é- -2- lectricité. Les moyens passifs tels que les résistances à coef- ficient de tension (VDR) et les résistances à coefficient de température positif (CTP) permettent une protection peu coûteuse et efficace Il suffit, en effet, de disposer à l'entrée du poste d'abonné deux résistances CTP en série dans chacun des conducteurs de ligne et une VDR en parallè- le en aval de celles-ci En présence d'une surtension de ligne, la résistance de la VDR chute fortement, ce qui fait circuler un courant important dans les CTP dont l'échauf- fement augmente considérablement l'impédance de ligne. Toutefois, la protection ainsi obtenue n'est pas complète dans le cas o le poste d'abonné est muni de cir- cuits électroniques; on sait, en effet, que la procédure d'appel d'un poste d'abonné à partir du central s'effectue en appliquant à la ligne une tension alternative à 50 Hz de l'ordre de 70 à 80 volts Après décrochage du combiné, la tension continue de ligne s'établit à environ 10 volts, tension à partir de laquelle sont alimentés les divers cir- cuits électroniques du poste d'abonné. Si l'on désire conserver un fonctionnement normal au circuit de sonnerie, il faut que la tension de "coude" de la VDR ne soit pas inférieure à une centaine de volts, ce qui signifie qu'une surtension inférieure à cette valeur peut être appliquée, en position "décroche" du combiné, aux circuits électroniques du poste d'abonné sans que les moyens de protection réagissent. Si les circuits électroniques sont munis de moyens internes de limitation et de stabilisation de tension d'ali- mentation, il n'en reste pas moins vrai qu'une surtension prolongée peut entraîner la destruction d'un ou plusieurs circuits par surintensité. Un des buts de l'invention est de protéger un poste d'abonné contre toutes les possibilités de dérangement ou de destruction résultant d'une surtension de n'importe quel- le valeur. -3- Un autre but de l'invention est de mettre à profit une des formes de réalisation du dispositif de protection pour effectuer la procédure de numérotation par coupures périodiques du courant de ligne. Selon l'invention, le poste téléphonique d'abonné muni d'un dispositif de protection contre les surtensions, ledit poste comportant, entre autres, un circuit électro- nique de transmission et de numérotation coopérant avec un clavier à touches digitales, est notamment remarquable en ce qu'un second dispositif de protection limiteur de puis- sance est disposé en aval du crochet du combiné. Dans une première forme de réalisation du dispositif limiteur de puissance selon l'invention, celui-ci est une combinaison série/parallèle d'une résistance à coefficient de tension (VDR) et d'au moins une résistance à coefficient de température positif Dans une seconde forme de réalisation du dispositif limiteur de puissance selon l'invention, celui-ci est un circuit électronique dipole disposé en série avec le circuit électronique de transmission et de numérotation. Avantageusement, le circuit électronique dipole limi- teur de puissance comporte une borne auxiliaire d'interrup- tion de courant reliée au circuit de transmission et de nu- mérotation. La disposition en cascade de deux dispositifs de protection offre une sécurité complète contre les surten- sions>que le combiné soit ou non décroché. Dans la version électronique du limiteur de puissan- ce selon l'invention, son temps de réponse très bref et sa structure particulière permettent de l'utiliser en interrup- teur électronique pour accomplir la fonction de numérota- tion par coupures périodiques-du courant de ligne, tandis que sa structure très simple autorise une éventuelle inté- gration sous forme de circuit séparé,-voire son incorpora- tion à un circuit intégré de transmission/numérotation. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. -4La figure 1 représente le schéma synoptique d'un poste d'abonné muni d'une première forme de réalisation du dispositif de protection selon l'invention. La figure 2 représente le schéma synoptique d'une variante de réalisation du dispositif de la figure 1. La figure 3 représente le schéma du même poste d' abonné muni d'une deuxième forme de réalisation du disposi- tif de protection. La figure 4 représente une variante de réalisation du dispositif de la figure 3 incorporant le système de nu- mérotation par interruptions périodiques du courant de ligne. La figure 5 représente le schéma de principe d'un dispositif limiteur de courant équipant le poste d'abonné de la figure 2. La figure 6 représente la caractéristique courant/ tension du montage de la figure 5. La figure 7 représente le schéma de principe d'un dispositif combiné limiteur de courant/interrupteur équi- pant le poste d'abonné de la figure 4. Sur la figure 1, deux bornes 1 et 2 de branchement à la ligne téléphonique sont connectées par deux résistances 3 et 4 à coefficient de température positif (CTP) à une résistance 5 à coefficient de tension (VDR), ces trois ré- sistances étant couplées thermiquement Les plots communs d'un double interrupteur de combiné 6 (crochet) sont reliés au point commun des résistances 3 et 5, l'un directement et l'autre par l'intermédiaire d'un condensateur de sonnerie 7 coopérant avec un circuit de sonnerie 8 disposé entre les plots actifs du crochet 6 et le point commun aux résistances 4 et 5 Les deux entrées d'un pont de diodes 9, 10, 11, 12 sont connectées, l'une à l'autre plot de travail du crochet 6 et l'autre au point commun des résistances 4 et 5. Entre les bornes de sortie du pont 9, 10, 11, 12, est disposé un dispositif limiteur de puissance selon l'in- vention, ledit dispositif comportant une résistance CTP 13 et une résistance VDR 14 couplées thermiquement Le point -5- commun des résistances 13 et 14 est relié par un interrup- teur 15 à une entrée ligne d'un circuit 16 de transmission et de numérotation, l'autre entrée ligne dudit circuit étant connectée à la sortie négative du pont de diodes 9, 10, 11, 12 Le circuit 16 est, par ailleurs, muni d'une entrée de numérotation reliée à un clavier à touches 17, et d'une sortie de commande d'interruptions périodiques reliée à l'interrupteur 15. Abstraction faite du limiteur de puissance 13, 14 selon l'invention, le fonctionnement en réception du poste d'abonné de la figure 1 est le suivant: à l'état de repos, le crochet 6 est dans la position figurée sur le schéma, ce qui permet à un signal alternatif de sonnerie appliqué aux bornes 1 et 2 d'actionner le circuit 8 via le condensa- teur 7; lorsque l'abonné décroche, le circuit de sonnerie est interrompu et la ligne est branchée sur le circuit 16 via l'interrupteur 15 en position "fermé', et la communi- cation s'établit En procédure d'appel, l'abonné, après avoir décroché, compose le numéro de son correspondant sur le clavier 17, ce qui, après traitement par le circuit 16, envoie des impulsions de commande à l'interrupteur 15 afin d'effectuer les coupures périodiques du courant de ligne qui seront décodées par le central. En fonctionnement normal, la valeur de la résistance à froid des CTP 3 et 4 est suffisamment basse pour être considérée comme quasi négligeable devant l'impédance totale du poste d'abonné La valeur du seuil de tension de la résistance VDR 5 est bien évidemment choisie supérieure à la tension alternative de crête d'actionnement de la sonne- rie 8 qui est de l'ordre de 80 volts; dans ces conditions, si une surtension accidentelle se produit sur la ligne bran- chée aux bornes 1 et 2, la VDR 5 diminue fortement de valeur et un courant circule alors dans les CTP 3 et 4. Si la surtension est de très courte durée, la VDR 5 et les CTP 3 et 4 n'ont pas le temps de s'échauffer et le fonctionnement normal est rétabli instantanément; par con- tre, si la surtension est permanente, deux cas peuvent se produire: -6- 1) la surtension est de valeur suffisante pour pro- voquer dans les CTP 3 et 4 le passage d'un courant supé- rieur au seuil de basculement desdites CTP, en général plus de 100 milliampères; dans ces conditions, la résis- tance des CTP 3 et 4 croit fortement et la protection est effective, 2) la surtension est de valeur insuffisante pour provoquer le passage d'un courant supérieur au seuil de basculement des CTP, mais néanmoins suffisant pour entrai- ner à terme la destruction par échauffement de la VDR 5. Cette seconde éventualité est palliée par le coupla- ge thermique entre les CTP 3 et 4 et la VDR 5, l'échauffe- ment de cette dernière étant rapidement communiqué aux CTP, ce qui provoque leur basculement. En position de repos du crochet 6, le circuit de sonnerie 8 est ainsi parfaitement protégé contre toute sur- tension et toute surintensité. Il n'en va pas de même en position "décroché" pour les circuits du poste d'abonné disposés en aval du crochet 6 En effet, la valeur de la surtension est limitée à envi- ron 200 volts par la VDR 5 alors que la tension nominale d'alimentation du circuit 16 est de l'ordre d'une dizaine de volts; il en résulte qu'une surtension prolongée en position "décroché" risque d'entraîner la destruction du circuit 16 par surintensité au niveau des diodes Zener fixant les tensions internes de fonctionnement dudit circuit. Selon l'invention, une telle éventualité est rendue impossible par la présence du limiteur de puissance consti- tué par la CTP 13 et la VDR 14 couplées thermiquement La VDR 14 est choisie de telle façon qu'elle présente une résistance très élevée en service normal, tandis qu'inver- sement celle de la CTP 13 est choisie négligeable devant l'impédance totale du circuit 16; en présence d'une sur- tension légèrement supérieure à la tension nominale de fonc- tionnement du circuit 16, la VDR 14 diminue fortement de valeur et un courant important circule alors dans la CTP 13. De la même façon que pour l'ensemble 3, 4, 5, le couplage a 504323 -7 thermique assure une protection complète dans le cas o la valeur de courant de basculement de la CTP 13 ne serait pas atteinte. Le poste d'abonné de la figure 1 est ainsi complète- ment protégé contre tous les niveaux, durées et polarités de surtension de la ligne branchée aux bornes 1 et 2. Sur la figure 2, dont les références sont communes avec celles de la figure 1, la variante de réalisation du poste d'abonné présente une simplification par rapport à la précédente; en effet, la CTP 13 est supprimée tandis que les couplages thermiques sont effectués, d'une part entre la CTP 3 et la VDR 5, et d'autre part entre la CTP 4 et la VDR 14 disposée en amont du pont de diodes 9, 10, 11, 12. Dans cette variante de réalisation, la protection du cir- cuit de sonnerie est assurée par l'ensemble CTP 3, VDR 5, et accessoirement par la CTP 4, et la protection du circuit 16 est assurée par l'ensemble CTP 4 et VDR 14. Il est à noter qu'il est indifférent de disposer la VDR 14 soit en aval du pont de diodes comme sur la figure 1, soit en amont dudit pont comme sur la figure 2. Sur la figure 3, dont les références sont communes avec celles des figures 1 et 2, la protection du circuit 16 est assurée par un dispositif 18 limiteur de courant dont la borne d'entrée 19 est reliée à la sortie positive du pont 9, 10, 11, 12, et la borne de sortie 20 à l'interrup- teur 15. En l'absence de surtension, le circuit limiteur de puissance 18 se comporte comme une résistance pure de fai- ble valeur vis-à-vis du courant consommé par le circuit 16 en fonctionnement normal; à partir d'une certaine valeur de courant liée à la présence d'une surtension, celui-ci ne croit plus tandis que la tension entre les bornes 19 et 20 continue de croître jusqu'à une certaine valeur o le cou- rant-devient brusquement quasi nul; à ce moment, le circuit 18 se comporte pratiquement comme un interrupteur à l'état ouvert dont la tension aux bornes 19 et 20 est, de toutes façons, limitée par la VDR amont 5 Qès la disparition de -8 - la surtension, le circuit 18 retrouve instantanément ses caractéristiques antérieures. Sur la figure 4, dont les références sont communes avec celles des figures 1, 2 et 3, un circuit limiteur,/ interrupteur 180 est intercalé entre la borne 19 et une borne 200 d'entrée de ligne du circuit 16, ledit circuit comportant une borne de commande 21 d'interruption. Le circuit 180 combine les fonctions de l'interrup- teur 15 et du circuit limiteur 18 de la figure 3; il se comporte en fonctionnement normal comme émetteur d'impul- sions de numérotation fournies par le circuit 16 lors de l'actionnement du clavier 17 par l'abonné et, en présence d'une surtension, il assume la fonction de limitation de puissance de la façon décrite précédemment. Sur la figure 5, dont les références sont communes avec celles de la figure 3, le circuit limiteur 18 comporte un premier transistor 22, de type NPN dont le collecteur est relié à la cathode d'une diode 23, l'anode de cette dernière étant connectée à la borne d'entrée 19; l'émet- teur du transistor 22 est réuni à la borne de sortie 20 par une résistance 24. Un deuxième et un troisième transistors 25 et 26, respectivement de types PNP et NPN, sont disposés en série entre les bornes 19 et 20, les émetteurs étant respective- ment reliés à ces dernières Les bases des transistors 25 et 26 sont respectivement reliées, la première au collec- teur du transistor 22, et la seconde à l'émetteur du même transistor. Un quatrième transistor 27, de type NPN, a son émet- teur directement relié à la borne 20, tandis que le collec- teur est réuni à la borne 19 par l'intermédiaire de deux résistances 28 et 29 en série. Les collecteurs réunis des trois transistors 25, 26 et 27 sont reliés, d'une part à la base du transistor 22, et d'autre part à l'anode d'une diode 30 dont la cathode est reliée au collecteur du transistor 22 La base du tran- sistor 27 est reliée, d'une part à la borne 20 par une résistance 31, et d'autre part à l'anode d'une diode Zener 32 dont la cathode est réunie au point commun des résistan- ces 28 et 29. Le circuit 18 selon l'invention fonctionne de la façon suivante: à la mise sous tension, la base du tran- sistor 22 est alimentée à travers les résistances 28 et 29, et le courant de collecteur du transistor 22 circule dans la diode 23 du miroir de courant constitué par ladite diode et le transistor 25; le courant de collecteur du transis- tor 25 alimentant la base du transistor 22, l'ensemble se stabilise dans un état conducteur proche de la saturation complète. La diode 30, dont la présence est facultative, déri- ve une partie du courant de base du transistor 22, ce qui permet de réduire éventuellement le temps de reblocage du circuit Lorsque la chute de tension croît aux bornes de la résistance 24, le transistor 26 commence à débiter et le courant de collecteur du transistor 25 se-divise alors entre la base du transistor 22 et le collecteur du transistor 26; le débit du transistor 22 se stabilise et la tension Vcc augmente Si le courant collecteur du transistor 22 tend encore à augmenter, le courant collecteur du transistor 26 augmente également jusqu'à une valeur limite égale à Vbe R 24 Lorsque la tension entre les bornes 19 et 20 dépasse la valeur du produit de la tension de Zener de la diode 32 par R 28 + R 29, le transistor 27 commence à débiter et arri- R 29 ve rapidement à saturation, bloquant ainsi le transistor 22. Cet état de blocage subsiste tant que la tension aux bornes de la diode 32 est suffisante pour qu'un courant circule dans la base du transistor 27. La figure 6 illustre les trois phases de fonctionne- ment du circuit de la figure 5. Pour une variation entre zéro et 1 volt de la tension entre les bornes 19 et 20 correspondant au fonctionnement normal du poste téléphonique, la variation de courant est -10- linéaire, la pente de cette variation étant pratiquement déterminée par la valeur de la résistance 24. A partir de 1 volt et jusqu'à 24 volts, le courant cesse de croltre et est limité à environ 60 m A. A 24 volts, le courant chute brusquement et reste limité à une valeur très faible déterminée principalement par le courant de saturation du transistor 27 limité par les résistances 28 et 29 en série La protection est ainsi totale puisque le courant circulant entre les bornes 19 et 20 est pratiquement interrompu au moment o la puissance dissipée dans le circuit risquerait à la longue d'entralner la destruction de celui-ci. Sur la figure 7, dont les références sont communes avec celles des figures 3, 4 et 5, le circuit combiné limi- teur/interrupteur 180 comporte les mêmes composants agencés de la même façon que le circuit 18 de la figure 5 auxquels a été adjoint un transistor de commande 33, de type PNP dont le collecteur est directement connecté à la borne de sortie 200 et dont l'émetteur est, par ailleurs, relié à la base du transistor 22 et aux collecteurs réunis des tran- sistors 25, 26 et 27. La base du transistor 33 est reliée, d'une part à la borne 21 de commande d'interruption, et d'autre part à la cathode d'une diode 34 dont l'anode est réunie à l'émetteur. Lorsque la borne 21 est à un potentiel légèrement supérieur à celui de la borne de sortie 200, le transistor 33 est bloqué et le circuit limiteur fonctionne de la même façon que le circuit 18 de la figure 5 Si la borne de com- mande 21 est portée à une tension négative par rapport à la borne 200, le transistor 33 est porté à saturation, ce qui a pour effet de bloquer le transistor 22, et partant d'in- terrompre le courant circulant entre les bornes 19 et 200; il suffit donc d'appliquer à la borne 21 des impulsions de tension négative compatibles en durée, nombre et rythme avec les signaux normalisés de numérotation pour obtenir la communication avec un correspondant. -11- REVENDICATIONS - 1 Poste téléphonique d'abonné muni d'un dispositif ( 3, 4, 5) de protection contre les surtensions, ledit poste comportant, entre autres, un circuit électronique ( 16) de transmission et de numérotation coopérant avec un clavier ( 17) à touches digitales, caractérisé en ce qu'un second dispositif de protection limiteur de puissance est disposé en aval du crochet du combiné ( 6). 2 Poste téléphonique d'abonné selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le second dispositif de pro- tection limiteur de puissance est constitué par une combi- naison série/parallèle d'une résistance ( 14) à coefficient de tension (VDR) et d'une résistance ( 13) à coefficient de température négatif (CTP) couplées thermiquement. 3 Poste téléphonique d'abonné selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le second dispositif de pro- tection limiteur de puissance est constitué par une combi- naison série/parallèle d'une résistance VDR ( 14) et d'une résistance CTP ( 4) couplées thermiquement, ladite résistan- ce CTP étant commune au premier dispositif de protection contre les surtensions. 4 Poste téléphonique d'abonné selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le second dispositif limiteur de puissance est constitué par un circuit électronique ( 18) dipole comportant un premier transistor ( 22) en série avec lequel est disposé un miroir de courant constitué par une diode ( 23) et un deuxième transistor ( 25). Poste téléphonique d'abonné selon l'ensemble des revendications 1 et 3, caractérisé en ce que le circuit électronique dipole comporte un troisième ( 26) et un qua- trième ( 27) transistors agissant sur le premier respective- ment et successivement en tant que moyen de limitation de courant et en tant que moyen de blocage. ? 504323 -12- 6 Poste téléphonique d'abonné selon l'ensemble des revendications 1, 3 et 4, caractérisé en ce que le circuit électronique dipole ( 180) comporte un cinquième transistor ( 33) dont une électrode principale est reliée à la base du premier transistor ( 22), et dont la base est réunie à une borne ( 21) de commande d'interruption périodique couplée au circuit ( 16) de transmission et de numérotation.