CH625094A5

CH625094A5 -

Info

Publication number: CH625094A5
Application number: CH9678A
Authority: CH
Inventors: Laimons Freimanis
Original assignee: Western Electric Co
Priority date: 1977-01-05
Filing date: 1978-01-04
Publication date: 1981-08-31
Also published as: DE2800159C3; IT1091648B; JPS5386507A; SE438228B; US4056689A; DE2800159A1; NL7714595A; FR2377126B1; ES465791A1; FR2377126A1; GB1591072A; BE862522A; SE7714790L; CA1088685A; JPS6118379B2; DE2800159B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Konstantstrom-Versorgungsschaltung für Fernsprechleitungen mit einem Transformator, der eine an eine Stromquelle anschaltbare Primärwicklung und eine an die Leitung anschaltbare Sekundärwicklung besitzt, und mit einer Schalteinrichtung, die mit der Primärwicklung verbunden ist und den über diese fliessenden Strom steuert.

Übliche Versorgungsschaltungen für Fernsprechteilnehmerleitungen sind generell für maximale Schleifenlänge ausgelegt, beispielsweise für eine Schleife, die eine Last von etwa 1300 Ohm darstellt. Für längere Schleifen sind zusätzliche Schaltungen erforderlich. Für kurze Schleifen mit kleiner Impedanz liefert die übliche Stromversorgungsschaltung unter Umständen einen zu hohen Strom. Zum Schutz der Einrichtungen wird der überschüssige Strom gewöhnlich mit Hilfe von Varistoren in den Einrichtungen abgeleitet. Die Beseitigung des hohen Stromverbrauchs in Teilnehmerschleifen kleiner Impedanz ist nicht nur wünschenswert, um die Einrichtungen der Teilnehmerstellen zu schützen, sondern um eine Verringerung des Leistungsbedarfs der Versorgungsschaltungen zu ermöglichen und die Wärmeerzeugung sowie den Gesamtstromverbrauch im Vermittlungsamt herabzusetzen. Die beiden letzten Punkte sind besonders wichtig für kleine, weit entfernt gelegene Vermittlungsämter, die nicht in kontrollierter Umgebung betrieben werden und gegebenenfalls für mehrere Stunden aus Notstrombatterien gespeist werden müssen, wenn die öffentliche Stromversorgung ausfällt.

Der Wunsch nach einer Stromquelle in Fernsprechämtern, die einen Konstantstrom an die Teilnehmerschleife unabhängig von der Schleifenlänge liefert, ist bekannt. Bei einer bekannten Anordnung wird ein Gleichspannungswandler benutzt, um die Ausgangsspannung zu erhöhen und damit eine höhere Leistung für lange Teilnehmerschleifen bereitzustellen. Dabei wird eine übliche Transistor-Stromregelschaltung mit einer Basis-Emitterkopplung verwendet, um einen Konstantstrom an die Schleife zu liefern. Bei einer solchen Anordnung wird jedoch eine beträchtliche Leistung in der Regelschaltung verbraucht, so dass diese Anordnung dann nicht zweckmässig ist, wenn der Leistungsverbrauch und die Wärmeabgabe auf ein Minimum gebracht werden müssen.

Zur Beseitigung dieses Problems geht die Erfindung aus von einer Konstantstrom-Versorgungsschaltung der eingangs genannten Art und ist gekennzeichnet durch eine erste Fühlwicklung zur Erzeugung von Ausgangssignalen, die den Stromfluss in der Sekundärwicklung darstellen, ein Impedanzbauteil im Stromflussweg der Primärwicklung und einen Komparator mit einem ersten Eingang, der mit der Fühlwicklung verbunden ist, einem zweiten Eingang, der mit dem Impedanzbauteil verbunden ist, und mit einem Ausgang, der mit der Schalteinrichtung verbunden ist und unter Ansprechen auf Signale von der ersten Fühlwicklung und dem Impedanzbauteil die Schaltungseinrichtung ausschaltet und die Primärwicklung von der Stromquelle trennt, um den über die Primärwicklung fliessenden Strom zu steuern.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Fernsprechvermittlungsanlage in Form eines Blockschaltbildes;

Fig. 2 eine Fernsprechleitungs-Schnittstellenschaltung zur Verwendung in einer Fernsprechvermittlungsanlage;

Fig. 3 genauere Einzelheiten der Stromversorgung zur Verwendung bei einer Fernsprechleitungs-Schnittstellenschaltung entsprechend einem speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung.;

Fig. 4 Strom- und Spannungskurvenformen an gewählten Punkten der Schaltung;

Fig. 5 eine graphische Darstellung des Ausgangsstromes als Funktion der Schleifenimpedanz.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Vielzahl von Fernsprechteilnehmerapparaten 110 (Fig. 1) über Teilnehmerleitungen 115 und Schnittstellenschaltungen 120 an ein Fernsprechvermittlungsamt 100 angeschaltet. Zur Erläuterung weist das Vermittlungsamt ein Koppelfeld 130, eine Vielzahl von Teilnehmerleitungs-Schnittstellenschaltungen 120 sowie eine Steuereinrichtung 140, Bedienungsschaltungen 150 und Leitungs- und Übertragunger 160 auf. In üblicher Weise bilden die Teilnehmerleitungsschaltungen eine Schnittstelle zwischen den Teilnehmerleitungen 115 und dem Koppelfeld 130. Die Bedienungsschaltungen 150 beinhalten beispielsweise Signalimpulsempfänger, Tonschaltungen usw. auf. Die Übertragunger bilden eine Schnittstelle mit den zu einem entfernten Vermittlungsamt führenden Verbindungsleitungen. Die Steuereinrichtung 140 stellt den Betriebszustand und die Aktivitäten der Teilnehmerleitungsschaltungen und Übertragunger fest, um bestimmte Zeichengabeinformationen zu gewinnen. Ausserdem steuert sie das Koppelfeld zur Herstellung von Verbindungen zwischen den verschiedenen Schaltungen und steuert den Zustand der Schaltungen je nach Bedarf.

Bestimmte Einzelheiten der Teilnehmerleitungs-Schnittstel-lenschaltung 120 werden unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert Eine Seite der Teilnehmerschaltung ist über eine Teilnehmerleitung 115 mit einem Teilnehmerapparat verbunden. Eine Strom Versorgungsschaltung 210, die über Adern 211 mit der Schnittstellenschaltung verbunden ist, liefert einen Gleichstrom an die Teilnehmerleitung und den Teilnehmerapparat.

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Wenn der Teilnehmerapparat im eingehängten Zustand ist,

stellt er eine Unterbrechung dar, und es fliesst kein Strom über die Schleife.

Wenn der Teilnehmerapparat ausgehängt wird, so schliesst ein Schalter im Teilnehmerapparat, und es beginnt ein von der 5 Schnittstellenschaltung gelieferter Strom in der Schleife zu fliessen. Das Fliessen eines Stromes wird von der Steuereinrichtung 140 durch periodisches Abtasten der Teilnehmerleitung im Vermittlungsamt festgestellt. Nach der Feststellung des Aushängezustandes leitet die Steuereinrichtung 140 wei- 10 tere Vorgänge zur Herstellung der Verbindung ein. Im Falle einer von einem Teilnehmer abgehenden Verbindung wird ein Wählton geliefert, und es muss die Wählzeicheninformation aufgenommen werden. Im Falle einer ankommenden Verbindung wird der Teilnehmerleitung ein Rufstrom zugeführt Da 15 das Koppelfeld 130 Halbleiter-Kreuzpunkte aufweisen kann, die nicht für Spannungen ausgelegt sind, welche üblicherweise von Rufstromgeneratoren erzeugt werden, wird der Rufstrom der Teilnehmerleitung 115 bei diesem Ausführungsbeispiel ohne Durchlaufen des Koppelfeldes 130 oder der Schnittstel- 20 lenschaltung zugeführt. Die Teilnehmerleitung 115 ist über Relaiskontakte 262 direkt mit einem Rufstromgenerator 260 verbunden. Das Relais 263, das die Kontakte 262 enthält, wird durch ein Rufstrom-Flip-Flop 264 gesteuert, das wiederum von der Steuereinrichtung 140 eingestellt und rückgestellt wird. Zur 25 Trennung der Teilnehmerleitung 115 vom Koppelfeld 130 während des Rufvorganges ist ein als Thyristor bekanntes Halbleiterbauelement vorgesehen. Im normalen Betriebszustand der Schaltung befindet sich der Thyristor 230 aufgrund des durch den Widerstand 232 zugeführten Basisstromes in der Sät- 30 tigung. Während des Rufintervalls wird die Stromversorgungsschaltung durch die Steuereinrichtung 140 abgeschaltet, und dem Thyristor wird kein Strom zugeführt, so dass er im ausgeschalteten Zustand als Isolator wirkt. Die Teilnehmerleitungs-Schnittstellenschaltung ist mit dem Koppelfeld 130 über einen 35 Transformator 240 verbunden. Ein Kondensator 245 sperrt einen Gleichstromfluss über den Transformator 240.

Mit Vorteil ist die Teilnehmerleitungs-Schnittstellenaus-gangsschaltung spannungsmässig nicht auf Erde bezogen und lässt sich als schwimmende Schaltung ansehen. Demgemäss fin- 40 den sogenannte Gleichtaktströme, die von benachbarten Stromversorgungsleitungen in Nachrichtenübertragungsleitungen induziert werden, in erster Linie Wechselströme mit 60 bzw. 50 Hz, in der gesamten Schaltung keinen Verbindungsweg zur Erde und stören demgemäss den Betrieb der Schaltung 45 nicht. Zur Verringerung von hochfrequenten Störungen sind zwei Symmetrierkondensatoren 221 und 222 zwischen die Leitungsadern und Erde geschaltet. Dies können jedoch kleine Kondensatoren mit beispielsweise in der Grössenordnung von 100 pF sein, die Wechselströme mit 60 Hz kaum leiten. 50

Die weiteren Einzelheiten eines speziellen Ausführungsbeispiels für eine Stromversorgungsschaltung 210 sind in Fig. 3 dargestellt. Die Stromversorgungsschaltung weist einen Transformator 311 mit einer Primärwicklung 312, einer Sekundärwicklung 313 und Fühlwicklungen 314,315 und 316 auf. Die 55 Sekundärwicklung 313 ist mit den Ausgangsadern 211 über eine Diode 330 und ein LC-Filter 341 verbunden. Der Strom-fluss über die Primärwicklung 312 wird von einem Transistor 320 gesteuert. Der Basisstrom für den Transistor 320 wird der Leitung 321 von der durch V1 dargestellten Gleichstromquelle 60 über einen Transistor 360 und einen Widerstand 362 oder von der Fühlwicklung 315 über den Widerstand 326 zugeführt. Das Ansprechen des Transistors 320 kann dadurch verhindert werden, dass die Leitung 321 mit Hilfe des Komparators 338 gegen Erde geklemmt wird. Der Basisstrom des Transistors 360, der 65 diesen Transistor einschaltet, so dass ein Basisstrom für den Transistor 320 geliefert wird, steht unter Steuerung der Steuereinrichtung 140. Diese Einrichtung liefert den Basisstrom an den

Transistor 360, wenn sie einen Aushängezustand Her Teilnehmerleitung feststellt. Eine solche Operation der Steuereinrichtung 140 bei der Feststellung eines Aushängezustandes ist bekannt und wird hier nicht beschrieben.

Der vom Transistor 360 gelieferte Basisstrom reicht gerade nur aus, um den Transistor 320 in den aktiven Zustand zu bringen. Wenn der Transistor 320 bei Feststellung eines Aushängezustandes durch die Steuereinrichtung 140 erstmalig eingeschaltet wird, beginnt ein Strom über die Primärwicklung 312 zu fliessen. Dieser Strom induziert eine Spannung in der Rückkopplungswicklung 315, die dann einen zusätzlichen Strom über den Rückkopplungswiderstand 326 an die Basis des Transistors 320 liefert. Der der Basis des Transistors 320 zugeführte Strom muss genügend gross sein, um den Transistor während der gewünschten Periode zunehmenden Stromflusses in der Primärwicklung 312 in der Sättigung zu halten. Die Grösse des von der Rückkopplungsschaltung gelieferten Stromes wird vom Windungsverhältnis der Fühlwicklung 315 zur Primärwicklung 312 sowie dem Wert des Rückkopplungswiderstandes 326 bestimmt. Fig. 4 zeigt typische Kurvenformen für den Primärstrom IP, die Kollektorspannung VC auf der Ader 322 und den über die Diode 330 fliessenden Sekundärstrom ID. Fig. 4 zeigt, dass der Primärstrom IP, der zu Anfang Null ist, im wesentlichen nach einer Rampenfunktion ansteigt. Die Kollektorspannung VC fällt zu Anfang auf einen Wert nahe Null ab und steigt danach langsam an, wenn die Spannung über dem Emitterwiderstand 325 grösser wird. Gegebenenfalls steigt der Kollektorstrom auf einen solchen Wert an, dass der Basisstrom nicht mehr ausreicht, um den Transistor 320 in der Sättigung zu halten. Der Transistor schaltet dann plötzlich ab. Zu diesem Zeitpunkt wird der Entladungszyklus des Transformators eingeleitet und es beginnt der Strm ID zu fliessen, der im wesentlichen nach einer Rampenfunktion abnimmt. Während des Entladungszyklus wird eine Spannung in der Fühlwicklung 315 induziert, die entgegengesetzte Polarität wie die während des Ladezyklus des Transformators induzierte Spannung hat. Der über den Transistor 360 gelieferte Strom ist verhältnismässig klein (beispielsweise in der Grössenordnung von 1 mA) und der zwischen die Basis des Transistors 320 und die Wicklung 315 geschaltete Widerstand 326 liegt in der Grössenordnung von 1000 Ohm, wodurch sich ein Spannungsabfall am Widerstand im Bereich von 1 V ergibt. Die von der Fühlwicklung 315 während des Entladezyklus erzeugte Spannung beträgt üblicherweise mehrere Volt, wodurch eine negative Spannung an die Basisleitung 321 angelegt wird. Während des Entladezyklus wird ausserdem eine Spannung in der Fühlwicklung 314 induziert, die eine Aufladung des RC-Gliedes 332 über die Diode 334 bewirkt. Der Betrag der Ladung in der RC-Schaltung 332 ist eine Funktion der in der Wicklung 314 induzierten Spannung, die eine Funktion der in der Sekundärwicklung 313 erzeugten Ausgangsspannung ist, welche wiederum von der Ausgangsimpedanz über der Teilnehmerleitung abhängt. Im Fall einer hohen Impedanz ist der Entladezyklus verhältnismässig kurz, die Ausgangsspannung aber gross. Wenn die Ausgangsimpedanz abnimmt, so steigt die für die Entladung erforderliche Zeitspanne an, die Ausgangsspannung nimmt dagegen ab. Die Ladung des RC-Gliedes 332, das mit einem Eingangsan-schluss des Komparators 338 verbunden ist, wird abhängig von der Impedanz der Last entsprechend grösser oder kleiner. Am Ende des Entladezyklus verschwindet die in der Fühlwicklung 315 induzierte Spannung negativer Polarität, und der Basisstrom fliesst erneut zum Transistor 320, der dann einschaltet. Nach Einschaltung des Transistors 320 steigt die Spannung über dem Emitterwiderstand 325 an, und dieser Spannungsanstieg wird vom Komparator 338 mittels der Verbindung von der Emitterleitung 323 über die Diode 331 beobachtet. Der Emitterwiderstand kann klein sein. Bei einer experimentellen Schaltunganordnung wurde ein Widerstand von 10 Ohm als

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brauchbar gefunden. Wenn die Spannung über dem Wider- über dem Widerstand 325 auf den Wert der Vorspannung stand einen Wert erreicht, der grösser ist als die Ladespannung selbst dann ansteigt, wenn die über die Wicklung 314 abge-Jes RC-Gliedes 332, so klemmt der Komparator 338 die Basis- fühlte Transformator-Ausgangsspannung verhältnismässig leitung 321 gegen Erde, wodurch der Transistor 320 wieder aus- niedrig ist. Demgemäss bleibt der Transistor 320 für eine längeschaltet und der Entladezyklus erneut eingeleitet wird. Das 5 gere Zeitspanne als im Normalfall ohne die Vorspannung im RC-Glied 333 ist mit dem Komparator-Eingangsanschluss ver- leitenden Zustand und es wird ein höhere Ausgangsstrom bunden, der die Spannung über dem Widerstand 325 abfühlt. erzeugt. Da die Vorspannung fest ist, ist der Einfluss der Vor-Dieses RC-Glied 333 hat die Funktion, schnelle Schwingungen Spannung am ausgeprägtesten für Schleifen mit sehr kleiner zu vermeiden. Ohne das RC-Glied kann eine Schwingung auf- Impedanz. Für Schleifen mit zunehmend höherer Impedanz treten, bei der der Transistor 320 in schneller Folge aus- und io steigt die Ausgangsspannung der Schaltung an, und die Span-ïingeschaltet wird. nung am RC-Glied 332 übersteigt gegebenenfalls die Vorspan nung. Danach wird ein Konstantstrom geliefert. Fig. 5 zeigt die In bekannter Weise kann es zweckmässig sein, einen hohen Kennlinie für den Ausgangsstrom als Funktion des Lastwider-Ausgangsstrom für kurze Teilnehmerschleifen mit niedrigem standes, wenn die Vorspannung über den Widerstand 339 ange-Widerstand zu erzeugen, wenn übliche Fernsprechapparate an 15 legt ist. Der Strom II in Fig. 5 stellt den Strom in einer Schleife die Teilnehmerleitung angeschlossen sind, die mit stromgesteu- dar, die im wesentlichen nur die Impedanz eines normalen Teil-erten Varistoren ausgestattet sind. Wenn ein Teilnehmerappa- nehmerapparates enthält. Ein typischer Wert für II beträgt rat sich am Ende eine langen Schleife befindet, so ist die am 30 mA. Ohne Verwendung des Komparators 338 würde der Teilnehmerapparat erzeugte Spannung verhältnismässig nied- Strom für Schleifen höherer Impedanz weiter abnehmen, rig, während bei einer kurzen Schleife die Spannung hoch ist, 20 Abhängig von dem gewählten Wert des Widerstandes 339 und da kein wesentlicher Spannungsabfall auf der Leitung auftritt. dem Widerstand des RC-Gliedes 332 kann der Einfluss des Zur Anpassung an übliche Fernsprechapparate, die mit Vari- Komparators 338 für bestimmte kleinere Werte der Lastimpe-storen ausgestattet sind, ist die Stromversorgungsschaltung danz, beispielsweise unterhalb 700 Ohm gesperrt werden. Für 210 so ausgelegt, dass sie einen hohen Strom in Leitung mit klei- grössere Werte der Impedanz (beispielsweise 700 bis 3000 nem Widerstand liefert. Dies wird mit Hilfe einer Vorspannung 25 Ohm) überwiegt der Einfluss des Komparators, wodurch ein im erreicht, die über den Widerstand 339 an das RC-Glied 332 wesentlichen konstanter Ausgangsstrom 12 von beispielsweise angelegt wird. Die Vorspannung bewirkt, dass die Spannung 25 mA erzeugt wird.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

625 094 PATENTANSPRÜCHE

1. Konstantstrom-Versorgungsschaltung für Fernsprechleitungen mit einem Transformator, der eine an eine Stromquelle anschaltbare Primärwicklung und eine an die Leitung anschaltbare Sekundärwicklung besitzt, und mit einer Schaleinrichtung, die mit der Primärwicklung verbunden ist und den über diese fliessenden Strom steuert, gekennzeichnet durch eine erste Fühlwicklung (314) zur Erzeugung von Ausgangssignalen, die den Stromfluss in der Sekundärwicklung (313) darstellen, ein Impedanzbauteil (325) im Stromflussweg der Primärwicklung (312) und einen Komparator (338) mit einem ersten Eingang, der mit der Fühlwicklung verbunden ist, einem zweiten Eingang, der mit dem Impedanzbauteil verbunden ist, und mit einem Ausgang, der mit der Schalteinrichtung (320) verbunden ist und unter Ansprechen auf Signale von der ersten Fühlwicklung (314) und von dem Impedanzbauteil (325) die Schalteinrichtung ausschaltet und die Primärwicklung (312) von der Stromquelle (VI ) trennt, um den über die Primärwicklung fliessenden Strom zu steuern.

2. Konstantstrom-Versorgungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ladungsspeichereinrichtung (332) vorgesehen ist, die mit der ersten Fühlwicklung (314) verbunden ist und durch diese aufgeladen wird, wenn ein Strom über die Sekundärwicklung (313) fliesst, dass die Ladungsspeichereinrichtung mit dem ersten Eingang des Komparators (338) verbunden ist und dass der Komparator die Schalteinrichtung (320) ausschaltet, wenn das von dem Immpedanzbauteil (325) an den Komparator angelegte Potential grösser ist als das von der Ladungsspeichereinrichtung an den Komparator angelegte Potential.

3. Konstantstrom-Versorgungsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorpannungsquelle (339) mit dem Komparator (338) verbunden ist und dass der Komparator die Schalteinrichtung (320) ausschaltet, wenn das von dem Impedanzbauteil (325) angelegte Potential grösser ist als die Summe der von der Vorspannungsquelle und der Ladungsspeichereinrichtung (332) angelegten Potentiale.