Brevet FR2619262A1 — publié le 19890210

La présente invention a pour objet un dispositif de protection d'un équipement contre les surtensions induites sur une ligne lui étant raccordée. L'invention s'applique en particulier à la protection des appareils téléphoniques publics, ou 11publiphones", contre les surtensions sur les lignes téléphoniques auxquels ils sont raccordés. En effet, il est connu que, sur les lignes téléphoniques, des phénomènes parasites comme la foudre, par exemple, peuvent induire des surtensions pouvant atteindre des valeurs de l'ordre de quelques centaines de volts, par exemple. Dans le cas où aucun dispositif de protection n'est prévu, ces surtensions sont donc susceptibles d'endommager les circuits électroniques des publiphones et elles sont dangereuses pour leurs utilisateurs. On connais déjà un certain nombre de dispositifs de protection du type ci-dessus. Dans une première catégorie on peut citer les fusibles et les disjoncteurs,qui ont en commun le fait d'être disposés en série dans la ligne en amont des circuits à protéger, et qui s'ouvrent lorsque l'intensité du courant qui les traverse devient supérieure à un seuil déterminé. Ces dispositifs présentent un inconvénient, lié à leur temps de réponse assez long, qui fait que, dans certains cas, leur ouverture intervient seulement après que les circuits disposés en aval ont été endommagés. Dans une deuxième catégorie, on peut citer les éclateurs, et des dispositifs à semi-conducteurs, comme des thyristors auto-amorçables ou encore des diodes Zener, montés en dérivation sur la ligne. En général, ces dispositifs sont plus rapides que les dispositifs de la première catégorie. Toutefois, ces dispositifs ayant en commun le fait de dériver un courant très important dès que la tension à leurs bornes devient supérieure à un seuil déterminé, ils dissipent alors une puissance importante sous forme de chaleur, ce qui conduit à un échauffement qui peut devenir intolérable si on ne prend pas certaines précautions, et ce qui pose des problèmes lorsque l'on cherche à réduire la taille et le coût des dispositifs de protection. La présente invention vise à pallier les inconvénients précédents en procurant un dispositif de protection dont le temps de réponse est bref et qui ne conduit à aucun échauffement. A cet effet, elle a pour objet un dispositif de protection du type défini ci-dessus, caractérisé par le fait qu'il comprend - des moyens de comparaison, à un seuil déterminé, de la tension sur la ligne, et, - un interrupteur électronique, pourvu d'une entrée de com mande reliée à la sortie desdits moyens de comparaison, et disposé en série dans la ligne entre lesdits moyens de comparaison et l'équipement à protéger, pour interrompre le passage du courant dans la ligne lorsque ladite ten sion sur la ligne dépasse ledit seuil déterminé. Dans le dispositif de l'invention, il n'y a pas de puissance à dissiper car, avant le déclenchement de la protection, c'est la tension sur la ligne qui est comparée à un seuil, et non le courant, et après déclenchement de la protection, l'interrupteur électronique est ouvert, ce qui impose un courant nul. De plus, le temps de réponse du dispositif est celui du comparateur de tension, en général très bref. Avantageusement, les moyens de comparaison comprennent au moins - un circuit série comprenant une diode Zener et une résis tance, et monté en dérivation sur la ligne, et, - un circuit de commande pourvu d'une entrée reliée aux bornes de ladite résistance, et agencé pour délivrer en sortie un signal de commande d'ouverture dudit interrup teur électronique lorsque la tension aux bornes de la résistance est non nulle, ledit seuil déterminé étant donc égal à la tension de Zener de ladite diode Zener. Dans ce cas, le dispositif est réalisé de façon particulièrement simple. Il est à noter que la diode Zener alors utilisée l'est de façon tout à fait différente de celle des dispositifs de l'art antérieur. En effet, dans un limiteur connu à diode Zener, celle-ci est montée directement en dérivation sur la ligne de façon à ce que la tension sur la ligne ne dépasse jamais la tension de Zener de la diode. Alors, la diode Zener, parcourue par un courant très élevé, fait chuter la tension sur la ligne et protège ainsi ltéquipement disposé en aval. I1 en résulte léchauf- fement déjà mentionné et un risque de destruction de la diode Zener elle-même. Dans le dispositif de l'invention, la diode Zener est disposée en série avec une résistance, et l'ensemble est disposé en dérivation sur la ligne.Dans ce cas, la tension sur la ligne peut devenir supérieure à la tension de Zener, puisque la résistance supporte la différence entre ces deux tensions. La résistance a par ailleurs pour rôle de limiter le courant dans la diode Zener, afin dtéviter son échauffement et sa destruction. Cependant, dans le dispositif de l'invention, et malgré le fait que la tension sur la ligne peut étire supérieure à la tension de Zener, les circuits électroniques disposés. en aval du dispositif de protection sont protégés, puisque, dès que la tension aux bornes de la résistance devient non nulle, l'interrupteur électronique est ouvert. Dans une forme de réalisation particulière du dispositif de l'invention - la ligne est une ligne téléphonique, - l'équipement à protéger est un équipement téléphonique comprenant un clavier d'appel, et - ledit circuit de commande est agencé pour permettre, en l'absence de surtension, la commande dudit inter rupteur électronique par ledit clavier d'appel, afin d'effectuer une numérotation décimale. La présente invention sera mieux comprise grssce à la description suivante de trois formes de réalisation du dispositif de protection de l'invention, faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 représente un schéma par blocs d'une première forme de réalisation du dispositif de l'invention, - la figure 2 représente, de façon détaillée, le circuit de comparaison du dispositif de la figure 1, - la figure 3 représente, de façon détaillée, l'interrupteur électronique du dispositif de la figure 1, - la figure 4 représente un schéma par blocs d'une deuxième forme de réalisation du dispositif de l'invention, - la figure 5 représente, de façon détaillée, le circuit de comparaison du dispositif de la figure 4, - la figure 6 représente, de façon détaillée, l'interrupteur électronique du dispositif de la figure 4, - la figure 7 représente un schéma par blocs d'une troisième forme de réalisation du dispositif de l'invention, et - la figure 8 représente, de façon détaillée, le circuit de comparaison du dispositif de la figure 7. En se référant å la figure 1, un équipement, en l'occurrence un appareil public de téléphone, ou "publiphone", 1 est raccordé k une ligne 2, ici une ligne de transmission téléphonique. Le publiphone 1 est protégé contre les surtensions susceptibles hêtre induites sur la ligne 2 par des phénomènes parasites, par exemple par la foudre, grâce à un dispositif qui va étre maintenant décrit. La ligne 2 étant une ligne à deux conducteurs, il est prévu un pont redresseur 25 de type connu, en amont du dispositif, et,sans que cela soit obligatoire, nous supposerons qu'un des conducteurs en sortie du pont 25, ici le conducteur 22 est porté à un potentiel de référence, par exemple grâce à une mise à la masse, l'autre conducteur 21 étant toujours à un potentiel positif. On cherche alors à protéger le publiphone 1 contre les surtensions positives sur le conducteur 21 par rapport au conducteur 22, supposé donc au potentiel nul de la masse. Le dispositif de protection comprend, d'une part, un circuit 3 de comparaison à un seuil, branché en dérivation sur la ligne 2, et d'autre part, un interrupteur électronique 4, disposé en série dans la ligne 2, entre le circuit 3 et le publiphone 1. L'interrupteur électronique 4 est ici disposé en série dans le conducteur 22, ce dernier étant relié à la masse du caté de l'interrupteur 4 qui se trouve relié au circuit de comparaison 3. Le circuit de comparaison 3 est pourvu d'une sortie déli- vrant un signal de commande C sur entrée de commande de l'interrupteur électronique 4. En référence à la figure 2, le circuit de comparaison 3 comprend un circuit série comprenant une diode Zener 31 et une résistance 32, circuit série monté en dérivation sur la ligne 2, de façon à ce que, ici, la cathode de la diode Zener 31 se trouve reliée au conducteur 21, et la résistance 32 au conducteur 22. Le point de jonction entre l'anode de la diode Zener 31 et la résistance 32 est relié à la base d'un transistor bipolaire NPN 332, par l'intermédiaire d'une résistance 331. La base du transistor 332 est reliée au conducteur 22 par l'intermédiaire de deux diodes PN 333. L'émetteur du transistor 332 est relié directement au conducteur 22.Le collecteur du transistor 332, relié au conducteur 21 par l'intermédiaire d'une résistance 334 et au conducteur 22. par l'intermédiaire d'une diode Zener 335, représente la sortie du circuit de comparaison délivrant le signal de commande C. En référence à la figure 3, l'interrupteur électronique 4 comprend ici un transistor à effet de champ, de type MOS à enrichissement, à canal N. La source de ce transistor, ainsi que son substrat, sont reliés à la portion du conducteur 22 mise à la masse, tandis que son drain est relié à la portion du conducteur 22 reliée au publiphone 1. La grille de ce transistor MOS représente l'entrée de commande de l'interrupteur électronique 4, recevant le signal de commande C. La diode Zener 31 est choisie pour avoir une tension de Zener Vz ici de l'ordre d'une centaine de volts. Le dispositif qui vient d'être décrit fonctionne comme suit. Tant que la tension V sur la ligne 2, c'est-à-dire ici le potentiel positif sur le conducteur 21 est inférieure à Vz, aucun courant ne passe dans la résistance 32, et la tension VR à ses bornes est nulle. Le transistor 332 est donc bloqué, c'est-à-dire que son courant de base, comme son courant de collecteur, sont nuls. La résistance 334 n'est donc parcourue par aucun courant, et le potentiel du signal C est alors identique au potentiel sur le conducteur 21, ce qui assure l'état passant du transistor MOS 4. La tension Zener de la diode Zener 335 est choisie pour assurer dans ce cas la protection de ce transistor MOS 4. Toutefois, lorsque la tension V sur la ligne 2 devient supérieure à la tension de Zener Vz, la tension VR aux bornes de la résistance 32 devient non nulle. Le transistor 332 devient saturé, c'est-à-dire que son courant de base et son courant de collecteur deviennent aussi grands que possible. La résistance 334 est alors parcourue par le courant de collecteur, et le potentiel du signal C devient pratiquement égal à zéro, car la chute de tension entre le collecteur et l'émetteur du transistor 332 est pratiquement nulle. Ceci assure le blocage du transistor MOS 4, c'est-à-dire que le courant qui le traverse est interrompu et devient nul. Les diodes 333 permettent de protéger le transistor 332 en limitant, dans ce cas, la valeur de sa tension base-émetteur. Ainsi, on peut dire que le transistor bipolaire 332, associé aux résistances 331 et 334, ainsi qu'aux diodes 333 et à la diode Zener 335, forme un circuit de commande 33, dont l'entrée est reliée aux bornes de la résistance 32, et qui est agencé pour délivrer en sortie le signal C de commande d'ouverture de l'interrupteur électronique 4, lorsque la tension VR est non nulle. De meme on peut dire que la diode Zener 31 et la résistance 32 comparent à un seuil, égal à la tension de Zener VZ, la tension V sur la ligne 2, puisqu'on peut considérer que le circuit formé par la diode Zener 31 et la résistance 32 est pourvu d'une entrée qui reçoit la tension V et d'une sortie, en l'occurrence les deux bornes de la résistance 32, qui n'est non nulle que si la tension V est supérieure à la tension de Zener Vz. Donc, dans le cas présent où la tension de Zener Vz est égale à 100 V, les circuits du publiphone 1 sont protégés contre les surtensions, induites sur la ligne 2, et supérieures à 100 V, puisque dans ce cas, l'interrupteur 4 se comporte comme un circuit ouvert, et aucun courant ne circule dans ces circuits. Naturellement, dans l'exem- ple qui vient dire décrit, il faut veiller à ce qu'aucun point de la ligne 2 intérieur au publiphone 1 ne se trouve relié à la masse. Sur la figure 4 est représentée une première variante de réalisation du dispositif de protection de l'invention. Sur cette figure, comme sur la figure 5, les éléments identiques à ceux qui ont déjà été décrits portent les mêmes chiffres de référence, et ils ne seront pas à nouveau décrits. Le dispositif de protection de la figure 4 comprend, comme celui de la figure 1, d'une part, un circuit 3' de comparaison à un seuil, branché en dérivation sur la ligne 2, entre le pont de diodes 25 et le publiphone 1, et d'autre part, un interrupteur électronique 4', disposé en série sur la ligne 2, entre le circuit 3' et le publiphone 1. L'interrupteur 4' est toutefois ici disposé en série dans le conducteur 21 de la ligne 2. Le circuit de comparaison 3' est pourvu d'une sortie déli- vrant un signal de commande C' sur l'entrée de commande de l'interrupteur électronique 4'. En référence à la figure 5, le circuit de comparaison 3' comprend une diode Zener 31, une résistance 32, une résistance 331, deux diodes 333 et un transistor 332 identiques à ceux du circuit de comparaison 3 de la figure 2 et agencés de façon identique. Le collecteur du transistor 332 est relié au conducteur 21 par l'intermé- diaire d'une résistance 334'. La base d'un transistor bipolaire NPN 336, dont l'émetteur est relié directement au conducteur 22, est reliée au collecteur du transistor 332. Le collecteur du transistor 336 est relié par l'intermédiaire de deux résistances 338 et 337, disposées en série, au conducteur 21.En parallèle sur la résistance 337 reliée au conducteur 21 se trouve disposée une diode Zener 3351. Le point milieu entre les résistances 337 et 338 représente la sortie du circuit de comparaison délivrant le signal de commande C. En référance à la figure 6, 1 ' interrupteur électronique 4î comprend ici un transistor à effet de champ, de type MOS à enrichissement, à canal P. La source de ce transistor, ainsi que son substrat, sont reliés à la portion du conducteur 21 se trouvant reliée au circuit de comparaison 31, tandis que son drain est relié à la portion du conducteur 21 reliée au publiphone 1. La grille de ce transistor MOS représente l'entrée de commande de l'interrupteur électronique 4', recevant le signal de commande C'. Le dispositif qui vient d'être décrit fonctionne comme suit. Comme pour le dispositif des figures 1 et 2, et pour les mêmes raisons, tant que la tension V sur la ligne est inférieure à la tension de Zener V Z de la diode 31, le transistor 332 est bloqué, le transistor 336 est saturé, le signal C' est à un potentiel proche de celui de la masse, ce qui assure l'état passant du transistor MOS 4'. La tension de Zener de la diode 335' est choisie pour assurer, dans ce cas la protection de ce transistor MOS 4'. Toutefois, lorsque la tension V sur la ligne 2 devient supérieure à la tension de Zener Vz, le transistor 332 se sature, le transistor 336 se bloque, et le potentiel du signal C' devient égal au potentiel du conducteur 22, ce qui assure le blocage du transistor MOS 4'. Ainsi, on peut dire que les transistors 332 et 336, les résistances 331, 334', 337, 338, les diodes 333 et 335' forment un circuit de commande 33', dont l'entrée est reliée aux bornes de la résistance 32, et qui est agencé pour délivrer en sortie le signal C' de commande d'ouverture de l'interrupteur électronique 4'. Sur la figure 7 est représentée une deuxième variante du dispositif de protection de l'invention. Sur cette figure, comme sur la figure 8, les éléments identiques à ceux qui ont déjà été décrits portent les mêmes chiffres de référence, et ils ne seront pas à nouveau décrits. Sur la figure 7, on a fait apparattre, de façon schématique et simplifiée, le clavier d'appel 11, ainsi que, par un bloc 12, le reste du publiphone, qui comprend notamment le microphone, le récepteur, la sonnerie, le crochet commutateur et les circuits auxiliaires. Habituellement, le clavier d'appel 11, éventuellement relié au bloc 12 par une connexion d'alimentation, non représentée dans un souci de simplicité, délivre à l'entrée de commande d'un "relais de ligne" un signal de commande D, par exemple un signal binaire, pour commander alternativement son ouverture et sa fermeture. Le "relais de ligne" bien connu de l'homme de métier, et encore appelé "prise de ligne" est un interrupteur, commandé donc par le clavier d'appel 11, pour interrompre périodiquement le passage du courant continu dans la ligne 2, et former ainsi un train d'impulsions de courant, train porteur de l'information correspondant au numéro appelé. Comme cela est connu, ce type. de numérotation est appelé numérotation décimale. Dans le dispositif de la figure 7, il n'est pas nécessaire de prévoir un "relais de ligne" propre au publiphone, dans la mesure où, comme cela va entre maintenant décrit, l'interrupteur électronique utilisé pour la protection est utilisé comme "relais de ligne". Ainsi, le dispositif de protection de la figure 7 comprend, agencés comme sur la figure 4, dune part un circuit 3" de comparaison à un seuil, et d'autre part un interrupteur électronique 4, Toutefois, le circuit de comparaison 3" comporte ici, outre la sortie délivrant le signal de commande C, une entrée recevant, en provenance du clavier d'appel 11, le signal binaire D. Le signal binaire D est au niveau haut lorsque la ligne doit être fermée, ou "bouclée", pour laisser passer le courant continu dans la ligne 2, et au niveau bas lorsque la ligne doit être ouverte pour interrompre le passage de ce courant. En référence à la figure 7, le circuit de comparaison 3st comprend une diode Zener 31, une résistance 32, une résistance 331, deux diodes 333, un transistor 332, un transistor 336, deux résistances 337 et 338 et une diode Zener 335' identiques à ceux du circuit de comparaison 31 de la figure 5 et agencés de façon identique. Le signal D est appliqué au point commun entre le collecteur du transistor 332 et la base du transistor 336 par lintermédiai- re d'une résistance 334vs Le dispositif qui vient d'être décrit fonctionne comme suit. En l'absence de surtension, le transistor 332 reste bloqué et le potentiel de la base du transistor 336 est commandé par le signal D.Ainsi, lorsque le signal D est au niveau haut, le transistor 336 est saturé et le transistor MOS 4' est passant. Lorsque le signal D est au niveau bas, le transistor 336 est bloqué, ainsi que le transistor MOS 4'. Lorsqu'une surtension se produit, le transistor 332 est saturé, ce qui impose, quelque soit le niveau du signal D, un niveau bas sur la base du transistor 336. Le transistor MOS 4' est donc bloqué, ce qui assure la protection du publiphone 1. Ainsi, on peut dire que les transistors 332 et 336, les résistances 331, 334", 337, 338, les diodes 333 et 335 forment un circuit de commande 33, dont l'entrée est reliée aux bornes de la résistance 32, et qui est agencé, d'une part, pour délivrer en sortie le signal C' de commande d'ouverture de l'interrupteur électronique 4' et d'autre part, pour permettre, en l'absence de surtension, la commande de cet interrupteur électronique 4' par le clavier d'appel 11, afin d'effectuer une numérotation décimale. Naturellement, l'invention n'est pas limitée à la protection des publiphones et il est à la portée de l'homme de métier de l'appliquer à la protection de tout équipement raccordé à une ligne contre les surtensions induites sur cette ligne. De même, il est à la portée de l'homme de métier de changer les polarités des divers composants utilisés pour adapter le système à des surtensions négatives par rapport à la masse. Revendications 1. Dispositif de protection d'un équipement (1) contre les surtensions induites sur une ligne (2) lui étant raccordée, caractérisé par le fait qu'il comprend - des moyens de comparaison (3; 3'; 3"), à un seuil déterminé, de la tension (V) sur la ligne (2), et, - un interrupteur électronique (4; 4'), pourvu dtune en trée de commande reliée à la sortie desdits moyens de comparaison (3; 3w; 3"), et disposé en série dans la ligne (2) entre lesdits moyens de comparaison (3; 3'; 3") et l'équipement (1) à protéger, pour interrompre le passage du courant dans la ligne (2) lorsque ladite tension (V) sur la ligne (2) dépasse ledit seuil dé terminé. 2. Dispositif de protection selon la revendication 1, dans lequel les moyens de comparaison (3; 3'; 3::) comprennent au moins - un circuit série comprenant une diode Zener (31) et une résistance (32), et monté en dérivation sur la ligne (2), et, - un circuit de commande (33; 33'; 33") pourvu d'une entrée reliée aux bornes de ladite résistance (32), et agencé pour délivrer en sortie un signal (C; C) de commande d'onvertnre dudit interrupteur électronique (4; 4s) lorsque la tension (VR) aux bornes de la résis tance (32) est non nulle, ledit seuil déterminé étant donc égal à la tension de Zener (Vz) de ladite diode Zener (31). 3. Dispositif de protection selon la revendication 2 pour lequel - la ligne est une ligne téléphonique (2), - l'équipement à protéger est un équipement télqphonique (1) comprenant un clavier d'appel (11), et - ledit circuit de commande (33") est agencé pour per mettre, en l'absence de surtension, la commande dudit interrupteur électronique (4') par ledit clavier d'appel (11), afin d'effectuer une numérotation décimale.