DE19758273A1 - Notspeisefähige Stromversorgung für ISDN-Endsysteme - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur notspeisefähigen Stromversorgung von ISDN-Endsystemen, die über keine eigene Notstromversorgung verfügen.

Ähnlich wie bei den bekannten analogen Fernsprechsystemen, die über eine Fernspeisung, beispielsweise über die Anschlußadern (a, b), für die an die Teilnehmeranschlüsse angeschlossenen Endsysteme, wie beispielsweise Telefone, Fax-Geräte oder dergleichen verfügen, haben auch digitale Fernsprechsysteme, wie beispielsweise das bekannte ISDN- System, eine Fernspeisung zur Stromversorgung der angeschlossenen Teilnehmer-Endsysteme.

Die Fernspeisung der Endsysteme erfolgt bei ISDN, wie Fig. 1 zeigt, nach dem Prinzip der Phantomspeisung, wobei die vierdrähtige Anschlußleitung 1a, 1b und 2a, 2b neben der Informationsübertragung auch zur Energieversorgung herangezogen wird.

Jeweils ein Adernpaar dient als Hin- (+) , beziehungsweise als Rückleitung (-). Zur galvanischen Trennung der Stromkreise werden Übertrager Ü verwendet. Über die Phantomschaltung wird vom Netzabschluß NT eine Versorgungsleistung von 4,5 W mit 40 V + 5% bzw. -15% zur Verfügung gestellt. Im Netzabschluß NT ist eine Strombegrenzung im Normalbetrieb auf 150 mA und auf 15 mA im Notbetrieb vorgesehen. Beim passiven SO-Bus dürfen maximal vier Endsysteme jeweils 1 Watt entnehmen. Bei Ausfall der Netzspannung wird einem werksmäßig voreingestellten (notspeiseberechtigten) Endsystem TE nur noch eine verringerte Leistung von 410 mW vom Netzabschluß NT zur Verfügung gestellt. Das ausgewählte Endsystem erkennt diesen Notbetrieb daran, daß der Netzabschluß die Versorgungsspannung umgepolt hat.

Wie aus Fig. 1 zu sehen ist, kann jedes Endsystem TE1, . . . , TEm, . . ., TEn mit einem Brückengleichrichter und Notstromumschalter 6 und einem Gleichstromwandler 7 (DC/DC) ausgestattet sein. Nur beim notspeiseberechtigten Endsystem ist der Brückengleichrichter vorhanden, so daß der Betrieb des Endgerätes auch bei umgepolter Polarität möglich ist. Bei allen anderen Endsystemen, die nicht notspeiseberechtigt sind, ist eine Notstromversorgung nicht gestattet, was durch einen Einweggleichrichter erreicht werden kann, der den umgepolten Notstrom nicht durchlassen kann, ihn also sperrt. Damit ist sichergestellt, daß nur noch ein vorher festgelegtes Endsystem im Notstrombetrieb die Grundfunktion des Fernsprechens mit der vom Netzabschluß NT zur Verfügung gestellten Leistung erfüllt.

Im Netzabschluß ist für die Normalstrom- und Notstromversorgung eine Anordnung vorgesehen, die spezielle Komponenten aufweist. Für die normale Stromversorgung ist im Netzabschluß NT ein entsprechend dimensioniertes Netzgerät 5 vorgesehen. Bei Störungen oder Ausfall der Netzspannung oder des -Gerätes 5 wird eine Notspeisung für berechtigte Anschlüsse aufrecht erhalten, die von der Amtsbatterie der zugehörigen Vermittlungsstelle ET übernommen wird. Diese ist in der Kegel über einen Leitungsabschluß LT und eine Zweidrahtleitung a, b (an U_k0-Schnittstelle, bzw. -Bus) mit dem Netzabschluß verbunden. Die Zweidrahtleitung ist hier gleichstrommäßig an eine Stromversorgungsschaltung 1 angeschlossen, die mit einer Stromversorgungs-Koppeleinheit 2 verbunden ist, die einerseits mit einem Polaritätsumschalter 3 für die Notstromversorgung und andererseits mit der Phantomschaltung (SO-Schnittstelle, bzw. -Bus) verbunden ist, über welche der Transport des Notstromes zu dem notspeiseberechtigten Endsystem erfolgt. Gegen eine Überlastung ist die Stromversorgung in dem Netzabschluß durch eine Strombegrenzungseinheit 4 geschützt die sowohl den höheren Normalstrom, als auch den geringeren Notstrom berücksichtigt.

Neuere Generationen von ISDN-Endsystemen leiden jedoch unter dem Nachteil, daß sie die oben beschriebene Umschaltung auf Notspeisung für bestimmte Endsysteme nicht mehr unterstützen. Das hat zur Folge, daß bei einem Stromausfall des Netzgerätes 5 im Netzabschluß NT, diese Endgeräte während der Dauer des Stromausfalls nicht mehr betrieben werden können. Dieses ist vor allem für Telefone als Endsysteme problematisch, da von einem Telefon generell eine hohe Verfügbarkeit erwartet werden muß, um beispielsweise in Notsituationen Hilfe herbeirufen zu können.

Es sind deshalb schon Vorschaltegeräte entwickelt worden, die mittels wiederaufladbaren Akkus die Stromversorgung eines Endsystems für die Dauer von etwa 3 Stunden aufrecht erhalten können, wie beispielsweise die als "power-Bridge" bekannten Geräte für eine als "Europa Serie" bekannte Typenreihe von Telefonen.

Diese Vorschaltegeräte haben jedoch mehrere Nachteile. Zum einen sind sie relativ teuer, und der Bauteileaufwand und Platzbedarf ist sehr hoch. Zum anderen ist, bedingt durch die Kapazität ihrer Akkus, die zeitliche Dauer ihrer Notstromabgabe begrenzt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht also nun darin, eine notspeisefähige Einrichtung zur Stromversorgung, insbesondere für ISDN-Endgeräte mit einem zulässigen geringen Strombedarf (15 mA), wie beispielsweise einfache ISDN-Telefone, anzugeben, die auf eine Stromversorgung mittels Akkus verzichtet und deshalb auch kein Ladegerät benötigt, so daß deren Herstellungskosten und Platzbedarf relativ gering sind. Außerdem soll auch die Notstromspeisung keiner zeitlichen Begrenzung unterliegen.

Gelöst wird diese Aufgabe für eine notspeisefähige Einrichtung zur Stromversorgung von ISDN-Endsystemen, die über keine eigene Notstromversorgung verfügen und deren maximaler Strombedarf den Richtlinien des Netzwerkbetreibers entspricht, gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Gegenstandes der Erfindung sind den übrigen Unteransprüchen zu entnehmen.

Durch die Erfindung wird somit das Problem gelöst, eine Notstromversorgung auch für solche neueren ISDN-Endsysteme zu ermöglichen, die für eine Notspeisung durch das ISDN-Netz nicht mehr vorgesehen sind. Durch den geringen Platz- und Bauelementebedarf lassen sich einfache und räumlich sehr kleine Notspeisegeräte herstellen, die sowohl als Vorschalteeinheit in einem separaten Gehäuse untergebracht, als auch in ISDN-Anschlußdosen IAE integriert sein können. Da sie auch keine Akkus benötigen unterliegen sie auch keiner zeitlichen Begrenzung hinsichtlich ihrer Betriebsbereitschaft und Betriebsdauer.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von durch Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung einer bekannten ISDN- Stromversorgung, einschließlich einer Notspeisung für ISDN-Endsysteme,

Fig. 2 eine Darstellung einer Schaltungsanordnung zur notspeisefähigen Stromversorgung für ISDN- Endsysteme gemäß der Erfindung und

Fig. 3 ein Spannungs-/Zeitdiagramm eines typischen Signalverlaufs eines Nutzsignals (ohne die Speisespannung) auf der am Eingang des Notstromgerätes ankommenden 1a-, 1b-Leitung und des Signalverlaufs dieses Nutzsignals auf der Ausgangsleitung 1a', 1b' des Notstromgerätes, ebenfalls ohne die Speisespannung.

Wie bereits einleitend an Hand der Fig. 1 ausführlich erläutert wurde, ist der SO-Bus so konzipiert, daß über die Leitungen 1a, 1b und 2a, 2b ISDN-Telefone mit ihrer Betriebsspannung (mittels der oben erwähnten Phantomspeisung) versorgt werden, wobei berechtigte Endsysteme Komponenten enthalten, die in Notsituationen eine Notspeisung des angeschlossenen Endsystems erlauben.

Bei neueren ISDN-Endsystemen werden solche Komponenten nicht mehr verwendet. Um dennoch eine Notspeisung für solche Endsysteme zu ermöglichen, ist die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung vorgesehen, die in Fig. 2 dargestellt ist. Bei ihr werden die Netzabschluß-Seite (NT-Seite) und die Telefon-Seite des SO-Busses durch die Kondensatoren C1 bis C4 gleichstrommäßig voneinander getrennt. Eine Stromversorgung ist daher auf diesem Weg nicht mehr möglich.

Wenn nun an dem Leitungspaar 1a, 1b eine negative Spannung gegenüber dem anderen Leitungspaar 2a, 2b anliegt, was den Normalbetrieb darstellt, dann wird diese Spannung mittels der Dioden D1 und D2 sowie der Induktivitäten L1 und L2 auf die Leitungen 1a' und 1b' durchgeschaltet. Die Dioden D3 und D4 dagegen sperren, weil sie entgegengesetzt gepolt sind. Die Induktivitäten L1 und L2 sind dabei so bemessen, daß sie wie Tiefpässe wirken. Diese notspeisefähige Stromversorgungsschaltung liefert somit auch den Normalstrom für Endsysteme, die den Richtlinien hinsichtlich der Stromentnahme des ISDN-Netzbetreibers entsprechen müssen. Im Notbetrieb wird bekanntlich die Betriebsspannung (Speisespannung) umgepolt, so daß nun an dem Leitungspaar 1a, 1b gegenüber dem Leitungspaar 2a, 2b eine positive Spannung anliegt. Somit werden nun die Dioden D1 und D2 in Sperrichtung betrieben, so daß sie die positive Spannung sperren. Gleichzeitig wird die negative Spannung auf dem Leitungspaar 2a, 2b über die nun in Durchlaßrichtung betriebenen Dioden D3 und D4 und die Induktivitäten L1 und L2 auf das Leitungspaar 1a' und 1b' durchgeschaltet.

Für die Dioden D5 bis D8, die Induktivitäten L3 und L4 und die Leitungspaare 2a, 2b und 2a', 2b' gilt das Entsprechende, d. h. im Normalbetrieb liegt an dem Leitungspaar 2a, 2b eine positive Spannung gegenüber dem Leitungspaar 1a, 1b und im Notbetrieb eine negative Spannung.

Durch die gleichstrommäßige Auftrennung des SO-Busses zwischen NT-Seite und Telefon-Seite und wegen des Tiefpaßcharakters der Schaltungsanordnung, können die ankommenden digitalen Nutzsignale (im Falle von Telefonen die Sprachsignale) nur über die Koppelkondensatoren C1, . ., C4 von der NT-Seite zur Telefon-Seite, bzw. die vom einem Endsystem abgehenden Nutzsignale von der Telefon-Seite zur NT-Seite übertragen werden.

Die Fig. 3 zeigt in welcher Weise die Phasenlage und die Impulsform der Nutzsignale durch die Kondensatoren C1 bis C4 beeinflußt werden. Dargestellt sind zwei Oszillogramme der über ein Leitungspaar, z. B. 1a, 1b an der Notstromschaltung nach Fig. 2 von der NT-Seite her ankommenden digitalen Nutzsignale nach ISDN-Norm und dieser Nutzsignale auf dem Leitungspaar 1a', 1b' nach ihrer Übertragung über die Kondensatoren C1 und C2, wie sie dem Endsystem zugeführt werden.

Der ankommende Signalzug K1 und der abgehende Signalzug K2 sind in den Oszillogrammen jeweils mit einer Zeitbasis von 5 µs je Teilung und einer Spannungsamplitude von 20.0 mV∼ je Teilung dargestellt. Da die Signale als mit einem Tastkopf mit einem Teilerverhältnis 10 : 1 abgenommen dargestellt sind, müssen die Spannungswerte in Fig. 3 noch mit dem Faktor 10 multipliziert werden.

Zur Beurteilung, ob durch die kapazitive Kopplung der gleichstrommäßig aufgetrennten Leitungen 1a, 1b und 2a, 2b, solche Änderungen der an der Schaltungsanordnung nach der Erfindung ankommenden und von ihr abgehenden Nutzsignale auftreten, daß die für die Umsetzung notwendigen Digital- /Analogwandler bzw. Analog-/Digitalwandler in den Endsystemen nicht mehr ordnungsgemäß arbeiten, dient ein Vergleich der beiden Signalzüge K1 mit K2 in Fig. 3. Dieser Vergleich läßt erkennen, daß, bedingt durch eine geeignete Dimensionierung der Schaltungsanordnung, Phasenfehler nicht auftreten, und daß auch die Signalamplituden nur unwesentlich stark gedämpft werden. Diese minimale Signaldämpfung ist dann auch vernachlässigbar, wenn nur eine geringe Leitungslänge zwischen dem notspeisefähigen Stromversorgungsgerät und dem Endsystem liegt.

Hieraus folgt, daß die Anschaltung der notspeisefähigen Stromversorgungsschaltung als Vorschaltegerät direkt vor das notspeiseberechtigte Telefon vorgenommen werden sollte, oder daß bei einer Intergration der Notspeiseschaltung in die IAE-Anschlußdose oder direkt in das notspeiseberechtigte Telefon, die Notspeiseschaltung nur dem berechtigten Telefon zur Verfügung stehen darf. Es gibt für diese Einschränkung im wesentlichen zwei Gründe, einmal kann die höhere Strombelastung durch ein nicht berechtigtes Telefon oder durch den Anschluß mehrerer berechtigter Telefone vom Netzanschluß NT auf Grund der dort eingestellten und oben bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 erwähnten Strombegrenzung 4 nicht aufgebracht werden und zum anderen kann die notspeisefähige Stromversorgungsschaltung durch Überlastung beschädigt werden.

Die Bauelemente der notspeisefähigen Stromversorgungsschaltung nach Fig. 2 sind deshalb im allgemeinen so dimensioniert, daß diese ein Telefon sowohl normalspeisen, wenn es den Vorschriften zur Stromentnahme des ISDN-Netzbetreibers entspricht, als auch notspeisen können.

Aus diesen und den oben angeführten Gründen für eine problemlose Übertragung der Nutzsignale über die Digital- /Analog- bzw. Analog-/Digitalwandler können für die Dimensionierung der Notspeiseschaltung etwa folgende Werte genommen werden:

C1 bis C4 jeweils 1 µF/63 V
L1 bis L4 jeweils 10 mH/90 mA
D1 bis D4 jeweils 100 V/100 mA/500 mW (Type 1N4148).

Abweichungen von diesen Werten sind in dem Maße erlaubt, als sie für eine höhere, bzw. geringere Belastung der Notspeiseschaltung erforderlich sind, und/oder sie für eine andere Dämpfung notwendig sind, wobei stets, wegen der nach- und vorgeschalteten Wandler, deren Erfordernisse hinsichtlich Phasenfehler, Impulsform und Dämpfung zu berücksichtigen sind.

Claims (9)

1. Notspeisefähige Einrichtung zur Stromversorgung von ISDN-Endsystemen, die über keine eigene Notstromversorgung verfügen und deren maximaler Strombedarf den Richtlinien des Netzwerkbetreibers entsprechen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Doppelleitungen (1a, 1b und 2a, 2b; Fig. 2) des SO-Busses zwischen Netzabschluß-Seite (NT-Seite) und Endsystem-Seite (TE- Seite) aufgetrennt und die jeweiligen Leitungsabschnitte (1a, 1a', 1b, 1b' und 2a, 2a', 2b, 2b') mittels Koppelkondensatoren (C1 bis C4) verbunden sind,
daß ferner vor der Trennstelle eine erste Gruppe von Dioden (D1 bis D4) und eine zweite Gruppe (D5 bis D6) vorgesehen sind, wobei die Kathoden der ersten Gruppe jeweils mit einer anderen Ader (D1 mit 1a, D2 mit 1b, D3 mit 2a und D4 mit 2b) und deren Anoden sowohl miteinander als auch mit zwei ersten Induktivitäten (L1, L2) verbunden sind, deren jeweils anderer Anschluß mit jeweils einer anderen Ader (L1 mit 1a' und L2 mit 1b') der ersten Doppelleitung hinter der Trennstelle verbunden ist,
daß weiter die Anoden der Dioden der zweiten Gruppe mit jeweils einer anderen Ader (D5 mit 1a, D6 mit 1b, D7 mit 2a und D8 mit 2b) und deren Kathoden sowohl miteinander als auch mit zwei zweiten Induktivitäten (L3, L4) verbunden sind, deren jeweils anderer Anschluß mit jeweils einer anderen Ader (L3 mit 2a' und L4 mit 2b') der zweiten Doppelleitung hinter der Trennstelle verbunden ist.

2. Notspeisefähige Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Normalbetrieb (negative Spannung am ersten Adernpaar (1a, 1b) gegenüber dem zweiten Adernpaar (2a, 2b)) die negative Spannung mittels der Dioden (D1, D2) am ersten Adernpaar über die als Tiefpässe dienenden Induktivitäten (L1, L2) auf das erste Adernpaar (1a', 1b') hinter der Trennstelle und die positive Spannung mittels der Dioden (D7, D8) am zweiten Adernpaar über die als Tiefpässe dienenden Induktivitäten (L3, L4) auf das zweite Adernpaar (2a', 2b') hinter der Trennstelle durchgeschaltet werden, wobei die übrigen Dioden (D3, D4 und D5, D6) gesperrt sind.

3. Notspeisefähige Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Notbetrieb (positive Spannung am ersten Adernpaar (1a, 1b) gegenüber dem zweiten Adernpaar (2a, 2b)) die positive Spannung mittels der Dioden (D3, D4) am ersten Adernpaar über die als Tiefpässe dienenden Induktivitäten (L1, L2) auf das erste Adernpaar (1a', 1b') hinter der Trennstelle und die negative Spannung mittels der Dioden (D5, D6) am zweiten Adernpaar über die als Tiefpässe dienenden Induktivitäten (L3, L4) auf das zweite Adernpaar (2a', 2b') hinter der Trennstelle durchgeschaltet werden, wobei die übrigen Dioden (D1, D2 und D7, D8) gesperrt sind.

4. Notspeisefähige Einrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Dimensionierung der Bauelemente gewählt ist:
C1 bis C4 jeweils 1 µF/63 V
L1 bis L4 jeweils 10 mH/90 mA
D1 bis D8 jeweils 100 V/100 mA/500 mW

5. Notspeisefähige Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Abweichungen von der Dimensionierung der Bauelemente nach Anspruch 4 für die Einstellung einer höheren bzw. niedrigeren Belastung und/oder einer anderen Dämpfung so getroffen werden, daß sie stets die Erfordernisse der nach- und vorgeschalteten Digital-/Analog- bzw. Analog- Digitalwandler hinsichtlich Phasenfehler, Impulsform und Dämpfung berücksichtigen.

6. Notspeisefähige Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Vorschaltgerät zwischen Endsystem (TE) und Netzanschlußdose (IAE) geschaltet ist.

7. Notspeisefähige Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie in die Netzanschlußdose (IAE) integriert ist.

8. Notspeisefähige Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie in das Endsystem integriert ist.

9. Notspeisefähige Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Endsystem vorzugsweise ein Telefon vorgesehen ist.