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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Entnahme einer Spannung vorbestimmter, von der Polarität des Speisestromkreises unabhängiger Polarität über eine im Speisestromkreis liegende Gleichspannungswandleranordnung, vorzugsweise mit zwei zu ihren Eingängen gegenpolig parallelgeschalteten nichtlinearen Impedanzen, insbesondere für den Speisestromkreis von Fernmeldegeräten zur Entnahme von Versorgungsspannungen für Zusatzgeräte.
Insbesondere bei Fernmeldeanlagen ist es häufig erforderlich, in Reihe mit einem an einen Speisestromkreis angeschlossenen Fernmeldegerät eine Impedanz zu schalten, an der eine Spannung abgegriffen wird, mit der verschiedene Zusatzfunktionen, beispielsweise ein Gebührenanzeiger, verschiedene Wählhilfen, Lauthöreinrichtungen od. dgl. herbeigeführt werden können. Hiebei ist es erforderlich, dass der Spannungsverlust durch das Einschalten der Impedanz möglichst klein gehalten wird. Darüber hinaus ist es erforderlich, dass die für die Herbeiführung der Zusatzfunktion erforderliche Spannung stets die gleiche Polarität, unabhängig von der an der Impedanz auftretenden Polarität, besitzt.
Hiefür ist es bekanntgeworden, vor oder nach der Serienimpedanz einen Brückengleichrichter zu schalten, wodurch erreicht wird, dass unabhängig von der Polarität des Speisestromkreises der Brückengleichrichter eine Spannung gleicher Polarität abgibt. Nachteilig ist hiebei, dass der Brückengleichrichter einen zusätzlichen Spannungsabfall verursacht, weil jeweils immer mindestens zwei Gleichrichterstrecken in Reihe liegen. Entspricht die Grösse der von der Gleichrichterbrücke gelieferten Spannung nicht der für die Herbeiführung der Zusatzfunktion erforderlichen Spannung, so kann in bekannter Weise an die Ausgänge der Gleichrichterbrücke ein Gleichspannungswandler angeschlossen werden.
Im Hinblick auf die Funktionen der im Speisestromkreis liegenden Fernmeldeeinrichtungen ist jedoch ein möglichst geringer Leistungsverbrauch an der Serienimpedanz anzustreben. Es bleibt daher der Nachteil bestehen, dass zufolge der in der Brückenschaltung zusätzlich verursachten Leistungsverluste für den Gleichspannungswandler bzw. den nachgeschalteten Verbraucher eine zu geringe Leistung zur Verfügung steht.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der möglichst geringe Spannungs- und Leistungsverluste auftreten, wobei vor allem die in der Gleichrichterbrücke der bekannten Schaltungsanordnungen auftretenden Verluste vermieden werden.
Erfindungsgemäss besteht die Gleichspannungswandleranordnung aus zwei eingangsseitig gegenpolig parallel und ausgangsseitig gleichpolig parallelgeschalteten Gleichspannungswandlern.
Dadurch wird erreicht, dass je nach der im Speisestromkreis vorhandenen Polarität jeweils der eine der beiden Gleichspannungswandler die Wandlerfunktion übernimmt. Die Spannungs- und Leistungsverluste sind ausschliesslich durch die Verluste des jeweils in Funktion gebrachten Gleichspannungswandlers bestimmt, die sehr niedrig gehalten werden können.
Zweckmässigerweise sind die Gleichspannungswandler jeweils durch einen Sinusgenerator mit nachgeschaltetem Gleichrichter gebildet, wobei der Sinusgenerator einen Transformator mit zwei in Reihe liegenden Primärwicklungen aufweist, mit der Verbindungsstelle der in Reihe liegenden Primärwicklungen des ersten Sinusgenerators der eine Pol des Speisestromkreises und mit der Verbindungsstelle der in Reihe liegenden Primärwicklungen des zweiten Sinusgenerators der andere Pol des Speisestromkreises verbunden sind, wobei an das Ende der einen Primärwicklung der Kollektor eines Transistors und an das Ende der andern Primärwicklung über einen Widerstand die Basis des Transistors und an den Emitter des Transistors der andere Pol des Speisestromkreises angeschlossen sind, wobei an der Sekundärwicklung über einen Gleichrichter die Ausgangsklemmen liegen,
denen ein Siebkondensator parallelgeschaltet ist.
Dadurch wird eine besonders einfache Ausgestaltung des Gleichspannungswandlers erreicht.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen, in der u. a. ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemässe Schaltungsanordnung. Die Fig. 2 bis 5 zeigen verschiedene Beispiele für die Ausgestaltung der nichtlinearen Impedanzen.
Um in einem Speisestromkreis eine Spannung abgreifen zu können, wird in diesen üblicherweise eine Serienimpedanz eingeschaltet, wobei der zufolge des diese Serienimpedanz durchfliessenden Stromes an ihr erzeugte Spannungsabfall die gewünschte Spannung liefert.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Serienimpedanz aus zwei an die Eingangsklemmen --1, 2-- gegenpolig parallel und an die Ausgangsklemmen --3, 4-- gleichpolig parallelgeschalteten Gleichspannungswandlem--5, 6--. Der Aufbau der Gleichspannungswandler--5, 6--
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ist beliebig. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist jeder der Gleichspannungswandler--5, 6--einen npn-Transistor --7, 8-- auf, dessen Basiselektrode über einen Widerstand --9, 10-- und die Reihenschaltung zweier Primärwicklungen --11, 12 und 13, 14-- mit der Kollektorelektrode verbunden ist. Die umzuwandelnde Gleichspannung wird an die Verbindung der beiden Primärwicklungen --11, 12 bzw.
13, 14-- und die Emitterelektrode des Transistors --7, 8-- angeschlossen, wobei der Gleichspannungs- wandler --5-- nur dann in Funktion tritt, wenn an der Eingangsklemme --1-- "+"-Polarität herrscht. Der Gleichspannungswandler --6-- tritt seinerseits nur dann in Funktion, wenn an der Eingangsklemme --1-- "-"-Polarität herrscht. In den jeweils in Funktion gesetzten Gleichspannungswandlern --5 bzw. 6-- wird
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--11,Ausgangsklemmen-3, 4-entnommen werden.
Es ist ersichtlich, dass die an den Ausgangsklemmen --3, 4-- entnehmbare Spannung von der an den Eingangsklemmen --1, 2-- liegenden Spannung durch den jeweils arbeitenden Gleichspannungswandler --5 bzw. 6--, insbesondere durch das Übersetzungsverhältnis des aus den Wicklungen --11, 12,15 bzw.
13,14, 16-- bestehenden Transformators, bestimmt ist. Ist an die Eingangsklemmen --1, 2-- ein noch weitere Verbraucher enthaltender Speisestromkreis angeschlossen, so wird die an den Eingangsklemmen --1, 2-- auftretende Spannung durch den im Speisestromkreis fliessenden Strom und den Eingangswiderstand des jeweils arbeitenden Gleichspannungswandlers --5 bzw. 6-- bestimmt, da der Eingangswiderstand des jeweils nicht arbeitenden Gleichspannungswandlers --6 bzw. 5-- wesentlich höher ist als der Eingangswiderstand des jeweils arbeitenden Gleichspannungswandlers. Die Spannungs- und Leistungsverluste sind somit ausschliesslich durch die Verluste des jeweils in Funktion gebrachten Gleichspannungswandlers bestimmt, die sehr niedrig gehalten werden können.
Damit nun aber die an den Eingangsklemmen --1, 2-- liegende Spannung weitgehend unabhängig ist von dem im Speisestromkreis fliessenden Strom, sind parallel zu den Eingängen der Gleichspannungswandler --5, 6-- zwei gegenpolig parallelgeschaltete nichtlineare Impedanzen --20, 21-- geschaltet, an deren Stelle auch andere nichtlineare Impedanzen treten können, von denen einige Beispiele in den Fig. 2 bis 5 dargestellt sind.
Wie in Fig. 1 dargestellt ist, tritt zusammen mit dem Gleichspannungswandler --5-- die nichtlineare Impedanz --20--, zusammen mit dem Gleichspannungswandler --6-- die nichtlineare Impedanz --21-- in Funktion. Liegt an der Klemme-l-"- (-"-Polarität, so wird die nichtlineare Impedanz --20-- und der Gleichspannungswandler --5-- in Richtung der dargestellten Pfeile durchflossen. Liegt an der Klemme --1--"-"-Polarität, so wird die nichtlineare Impedanz --21-- und der Gleichspannungswandler --6-- in Richtung der zugehörigen Doppelpfeile durchflossen. Im ersten Falle treten der Gleichspannungswandler - und die nichtlineare Impedanz --20--, im zweiten Fall der Gleichspannungswandler --6-- und die nichtlineare Impedanz --21-- parallelgeschaltet in Funktion.
In beiden Fällen tritt also unabhängig von der an den Eingangsklemmen --1, 2-- liegenden Polarität an den Ausgangsklemmen-3, 4-- gleichgepolt die gleiche Gleichspannung auf, wobei die an den Eingangsklemmen --1, 2-- liegende Spannung in Abhängigkeit von der gewählten Ausgestaltung der nichtlinearen Impedanzen --20, 21-- weitgehend unabhängig von dem im Speisestromkreis fliessenden Strom gehalten werden kann.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bestehen die nichtlinearen Impedanzen --20, 21-- jeweils aus der Emitter-Kollektorstrecke eines npn-Transistors-22-, dessen Kollektor-Basis-Strecke in Reihenschaltung zweier Dioden-23, 24-parallelgeschaltet ist, deren Durchlassrichtung in gleicher Richtung liegt wie die Durchlassrichtung der Basis-Emitter-Strecke. An den Verbindungspunkt der beiden Dioden --23, 24--ist das eine Ende eines ohmschen Widerstandes --25-- angeschlossen, dessen anderes Ende an den Emitter des Transistors --22-- angeschlossen ist
An die Stelle der in Fig. 1 dargestellten Dioden-Transistorschaltung für die nichtlinearen Impedanzen - 20, 21-könnte im einfachsten Fall auch eine Zenerdiode --26-- treten, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist.
Wie eingangs dargelegt, steigt bei Verwendung einer Zenerdiode die Verlustleistung nicht quadratisch, sondern linear mit dem Strom an. Die Versorgungsspannung bleibt für den jeweils arbeitenden Gleichspannungswandler unabhängig von dem im Speisestromkreis fliessenden Strom konstant.
Durch Zenerdioden gebildete nichtlineare Impedanzen --20, 21-- sind überall dort verwendbar, wo die für
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den Betrieb der Gleichspannungswandler erforderliche Versorgungsspannung einen Mindestwert nicht unterschreitet.
In zahlreichen Fällen, insbesondere wenn es sich um den Speisestromkreis von Fernmeldegeräten handelt, ist es aber wesentlich, die Belastung des Speisestromkreises möglichst klein zu halten, so dass auch die Versorgungsspannung der Gleichspannungswandler möglichst niedrig gehalten werden soll, wobei sich Werte ergeben, die mit Zenerdioden nicht erreichbar sind.
In diesen Fällen werden zweckmässig Transistorschaltungen herangezogen, wie dies beispielsweise in Fig. 1 bzw. in den Fig. 3 bis 5 dargestellt ist.
Die einfachste Schaltung einer geeigneten nichtlinearen Impedanz zeigt Fig. 3, die aus der Emitter-Kollektor-Strecke eines npn-Transistors --22-- gebildet ist, dessen Basis-Kollektor-Strecke nur
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Charakteristik einer Zenerdiode erreicht. Eine Weiterbildung dieser Schaltung zeigt Fig. 4, bei der noch parallel zur Basis-Emitter-Strecke ein ohmscher Widerstand --28-- geschaltet ist. Fig. 5 zeigt schliesslich ein Beispiel für die nichtlineare Impedanz --20, 21--, die aus der Emitter-Kollektorstrecke eines npn-Transistors --22-- besteht, dessen Kollektor-Basis-Strecke mehrere in Reihe geschaltete Dioden - -23, 24, 29-enthält, deren Durchlassrichtungen in gleicher Richtung liegen, wie die Durchlassrichtung
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--22--, wobeidargestellten nichtlinearen Impedanzen--20, 21--.
Je mehr Dioden mit arbeitenden Widerständen nach Fig. 5 herangezogen werden, desto grösser wird der Spannungsabfall an der nichtlinearen Impedanz.
Der in Fig. 1 dargestellte Kondensator --31-- dient in üblicher Weise als Pufferkondensator.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Sinngemäss können an die Stelle der insbesondere für die nichtlinearen Impedanzen dargestellten npn-Transistoren auch pnp-Transistoren oder auch Feldeffekttransistoren herangezogen werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung zur Entnahme einer Spannung vorbestimmter, von der Polarität des Speisestromkreises unabhängiger Polarität über eine im Speisestromkreis liegende Gleichspannungswandleranordnung, vorzugsweise mit zwei zu ihren Eingängen gegenpolig parallelgeschalteten nichtlinearen Impedanzen, insbesondere für den Speisestromkreis von Fernmeldegeräten zur Entnahme von Versorgungs-
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schalteten Gleichspannungswandlern (5, 6) besteht.