DE2235498A1

DE2235498A1 - Stromversorgungs- bzw. netzteilschaltungskreis zur anwendung insbesondere im fernsprechwesen

Info

Publication number: DE2235498A1
Application number: DE2235498A
Authority: DE
Inventors: Michael C J Cowpland
Original assignee: Microsystems International Ltd
Current assignee: Microsystems International Ltd
Priority date: 1971-08-27
Filing date: 1972-07-20
Publication date: 1973-03-22
Also published as: SE373014B; US3800095A; BE782053A; ES400493A1; IT953475B; CA930488A; GB1366984A; FR2151799A5

Description

Patentanwälte
Augsburg 31. Postfach 242

Rehlingenstraße 8 Postscheckkonto: München Nr. 745 39 596k/O 9/ /gn

Microsystems International Limited Montreal 101, Quebec (Kanada)

Stromversorgungs- bzw» Netzteilschaltungskreis zur Anwendung insbesondere im Fernsprechwesen.

Für die heute üblichen Fernspr,echanlagen kann davon ausgegangen werden, daß die über den beiden Ausgangsklemmen eines systemgebundenen Fernsprechapparates liegende Betriebsspannung im allgemeinen einen niedrigen Wert in der Größenordnung von etwa 2 Volt besitzt. Diese Betriebsspannung dient dazu, daß nach Abnahme des Telefonhörers ein relativ hoher Strom von der Schaltzentrale fließt, um die Überwachungsrelais der Zentrale zu erregen, d.h. anzuziehen. Die benötigte Betriebsspannung eines elektronischen Fernsprechapparates liegt demgegenüber wesentlich höher, nämlich typischerweise zwischen 8 und 12 Volt, was zu dem Nachteil führt, daß bei einem gegebenen Leitungswiderstand der Fernsprechapparat nach Abnehmen des Hörers einen für die Betätigung der Überwachungsrelais nicht ausreichenden Strom zieht. Dieser

309812/0720

596VO9/Ch/gn - 2 - 19· Juli 1972

Dieser Nachteil liegt insbesondere dann vor, wenn die zwischen den Überwachungsrelais und dem Fernsprechapparat liegende Leitungsschleife eine grße Länge besitzt und demgemäß der vorgegebene Widerstandswert entsprechend hoch ist.

Für die Betriebsweise solcher Überwachungsrelais kann als bekannt vorausgesetzt werden, daß sie Tür ihre Betätigung einen relativ hohen Strom benötigen, während der für ihre fortgesetzte Erregung benötigte Strom relativ niedrig ist. Die vorliegende Erfindung nutzt diese Eigenschaft der Relais aus und geht davon aus, daß nach Abnahme des Hörers anfänglich am Telefonapparat eine niedere Spannung liegt und somit von der Schaltzentrale ein relativ hoher Strom fließt und daß danach die Spannung auf eine für den Apparat geeignete Betriebsspannung anwächst und ein entsprechend geringerer Strom durch die Relais fließt.

Dies wird bei einem Stromversorgnungs- bzw. Netzteilschaltungskreis mit zwei an eine Spannungsquelle anschließbaren Eingangsklemmen und einem Spannungsregler zur Steuerung der über den Eingangsklemmen liegenden Spannung dadurch erreicht,' daß nach dem Vorschlag der vorliegenden Erfindung der Spannungsregler eine über die Eingangskienunen geschaltete, einen Stromweg zwischen den Klemmen bewirkende Schalteinrichtung umfaßt, die eine Steuerelektrode aufweist, welche eine Vorspannung zur Veränderung des Potentialabfalls über die Schalteinrichtung in Abhängigkeit von SpannungsSchwankungen über den Klemmen in einer die Spannung zwischen den Klemmen konstant haltenden Weise bewirkt} und daß zwischen die Steuerelektroden

309812/0720 " ³ "

5964/09/Gh/gn - 3 - 19. Juli 1972

und die eine der beiden Eingangsklemmen ein Kondensator geschaltet ist, welcher bei beginnendem Stromfluß durch die Spannungsquelle der Steuerelektrode der Schalteinrichtung anfänglich nahezu die gesamte, an dieser einen Eingangsklemme liegenden Spannung liefert und welcher nach einer für seine volle Aufladung benötigten Zeitspanne eine dem·*· gegenüber wesentlich niedrigere Spannung an die Steuerelektrode liefert, wodurch durch einen an die Klemmen gelegten Verbraucher anfänglich ein relativ hoher Strom fließt, der während der Aufladungszeit des Kondensators auf einen relativ niedrigen Wert abfällt.

Wird an einen solchen Schaltungskreis ein elektronischer Fernsprechapparat angeschlossen und liegt an den Klemmen über die Leitungsschleife als Verbraucher wenigstens ein Uberwachungsrelais, dann ist für die Betriebsweise dieses Uberwachungsrelais davon auszugehen, daß es anfänglich den für seinen Anzug benötigten hohen Strom erhält, der dann nach der Aufladungszeit des Kondensators auf den für die fortdauernde Erregung des Relais ausreichenden niedrigen Wert abfällt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Figur 1 ein Blockdiagramm einer üblichen Telefonleitung, an welcher die Erfindung verwirklicht wird,

309812/0720

5964/09/Ch/gn - 4 - 19. Juli 1972

Figur 2 in grafischer Darstellung die Kurve der Betriebsspannung in Abhängigkeit von der Zeit bei dem Schaltkreis gemäß Erfindung,

Figur 3 das Schaltbild des Stromversorgungsoder Netzteilkreises bei den herkömmlichen elektronischen Telefonanalgen, und

Figur 4 das Schaltbild des entsprechenden Stromversorgungs- bzw. Netzteilkreises gemäß der vorliegenden Erfindung.

Die heute üblichen Telefonleitungen umfassen gemäß Figur 1 eine Batterie, eine Anzahl von Überwachungsrelais und eine Leitungsschleife, die an den jeweiligen Telefonapparat angelegt ist.

Aus Fig. 2 ist das Prinzip der Betriebsweise gemäß der Erfindung zu entnehmen. Beim Abnehmen des Hörers liegt an den Eingangsklemmen der Speisespannungsquelle anfänglich eine Spannung von nur etwa 4 Volt, Diese erfährt eine allmähliche Erhöhung bis zu einem Wert von etwa 8,4 Volt. Diese allmähliche Erhöhung der Betriebsspannung dauert etwa I50 Millisekunden. Diese Zeitdauer nach Abnehmen des Hörers bis zum Erreichen der vollen Betriebsbereitschaft des Apparates bei Erreichen der Betriebsspannung von 8,4 Volt ist natürlich für den Fernsprechteilnehmer nicht wahrnehmbar. Als Ansprechzeit für die Relais ist sie andererseits ausreichend lang.

309812/0720

596VO9/Ch/gn - 5 - 19. Juli 1972

Für den Stromversorgungs- bzw. Netzteilkreis der heute bei elektronischen Telefonanlagen üblichen Ausführung ist gemäß Fig. 3 von folgenden Gegebenheiten auszugehen. In diesem Schaltbild bezeichnen X und Y die Eingangsklemmen zum Anschluß an die Leitungen, über die der Telefonapparat durch Uberwachungsrelais von einer 48 V-Batterie in der Schaltzentrale gespeist wird. In Parallelschaltung zwischen den beiden Eingangskiemmen X und Y sind einerseits eine Zenerdiode DZ₀ und ein Widerstand R in Reihe,

c\ 1

weiterhin ein Widerstand R., die Kellektor-Emitter-Strecke eines Transistors Q₀ und ein Widerstand R in Reihe und letztlich eine zweite Zenerdiode DZ. und ein Widerstand R₁. in Reihe geschaltet. Die Kollektor-Basis-Strecke eines zweiten Transistors Q₁ liegt parallel zum Widerstand R_, während der .Emitter des Transistors Q₁ an die Ausgangsklemme A des Telefonapparates TA angeschlossen ist. Dessen zweite Aüsgangsklemme B ist direkt über eine geerdete Referenzleitung an die Eingangsklemme Y angeschlossen.

Die Basis des Transistors Q₀ ist über einen Widerstand R₀ an den Knotenpunkt zwischen dem Widerstand

Ct

R₁ und der Zenerdiode DZ₀ angeschlossen. Sie ist weiterhin über einen Serienkondensator C mit dem an der Eingangsklemme Y anliegenden Massebezugspotential verbunden.

Die aus der Zenerdiode DZ₀, dem Transistor Q_n und den Widerständen R bis Rr gebildete Schaltung stellt einen Nebenschlußregler dar, welcher für die Aufrechterhaltung einer im wesentlichen konstanten Betriebsspannung für den Apparat maßgebend ist. Eine solche Konstanthaltung der Betriebsspannung ist

30 98 12/0 720

5964/09/Ch/gn - β - 19. Juli 1972

unter dem Gesichtspunkt wünschenswert, daß dann von mehreren an das System angeschlossenen Telefonapparaten der Hörer gleichzeitig abgenommen werden kann. Weiterhin wird dadurch der Vorteil erreicht, daß, da die Spannung konstant ist, der Strombedarf sich damit ändert und deshalb eine Anzeige des Widerstandes und der Länge der Leitungsschleife ergibt. Da die über die Eingangsklemmen X und Y liegende Spannung eine Schwankungstendenz aufweist, ist so beispielsweise für einen Spannungsanstieg davon auszugehen, daß es dann zu einer Erhöhung des durch den Widerstand R. bewirkten Abfalls kommt, weil über die Zenerdiode DZ₀ ein konstanter Spannungsabfall aufrechterhalten wird. Dadurch wird dann die Steuerspannung des Transistors Q„ in Durchlaßrichtung erhöht, was wiederum eine Erhöhung von dessen Kollektorstrom und damit eine Erhöhung des durch die Leitungsschleife fließenden Stromes bringt. Der Spannungsabfall längs der Leitungsschleife erfährt deshalb eine entsprechende Erhöhung, so daß die Spannung über die Klemmen X und Y etwa konstant gehalten wird. Besitzt die Spannung über die Klemmen X und Y andererseits eine abfallende Tendenz, dann erniedrigt sich der Kollektorstrom durch den Transistor Q„, so daß es zu einem geringeren Spannungsabfall in der Leitungsschleife kommt. Auch in diesem Fall wird deshalb die Spannung über die Klemmen X und Y im wesentlichen konstant gehalten.

Es ist klar, daß die vorbeschriebene Schaltung in ihrer Arbeitsweise begrenzt ist durch die Zenerdiode DZ„, deren Knickspannung etwa 7 Volt beträgt. Die Schaltung fungiert als Spannungsregelkreis für die

309812/0720 " ⁷ "

223543t

5964/09/Ch/gn - 7 - 19· Juli 1972

Eingangsspannung an den Klemmen X und Y. Gleichzeitig fungiert sie als ein Überspannungsschutz für die übrige Speisespannungsquelle bzw. deren Reile.

Der Transistor Q., der Widerstand R_ und die Zenerdiode DZ bilden einen Serienregelkreis, welcher als Konstantspannungsquelle für den elektronischen Fernsprechapparat TA dient. Die über die Zenerdiode DZ₁ liegende Spannung ist konstant. Spannungsschwankungen am Ausgang des Überspannungsschutzkreises wirken sich deshalb aus in einer Veränderung des Spannungsabfalls über den Widerstand R- und damit auch in einer entsprechenden Änderung des Spannungsabfalls über den Transistor Q₁. Besitzt die SpannungsSchwankung eine steigende Tendenz, dann wird auch der Spannungsabfall über den Transistor Q₁ ansteigen, so daß eine konstante Spannung über die Klemmen A und B aufrechterhalten werden kann. Besitzt die SpannungsSchwankung andererseits eine fallende Tendenz, dann wird auch die Spannung über den Transistor Q₁ abfallen, um so wiederum eine Konstanthaltung der Spannung über die Klemmen A und B zu bewirken.

Der Kondensator C₁ und der Widerstand R₀ sind zu dem Zweck vorgesehen, Wechselstrom von dem Rückkoppelungszweig des Nebenschlußreglers fernzuhalten, um so zu verhindern, daß die Reglerschaltung ein Aufschaukeln in der Leitungsschleife bewirkt.

309812/0720

5964/09/Ch, gn - 8 · 19. Juli 1972

Der Kondensator C liegt nun bei der bekannten Schaltung gemäß Fig. 3 an der Leitung mit Massebezugspotential, um eine Giattungsvrirkung zu ergeben. Da Zenerdiode DZ. einen niedrigen Impedanzwert besitzt, wird der Kondensator C. eine gleiche Wirkung besitzen, wenn er über die Zenerdiode DZ₁ geerdet wird. Diese Möglichkeit ist in der Schaltung gemäß Fig. 4 vorgesehen, wo der Kondensator C an den Knotenpunkt zwischen·der Zenerdiode DZ₁ und dem Widerstand R angeschlossen ist. Der Widerstand R_ weist in diesem Falle einen relativ niederen Wert auf, wobei als typischer Wert 5OO bis 1000 Ohm angesetzt werden kann. Für die erfindungsgemäße Schaltung nach Fig. k ist von folgender Betriebsweise auszugehen.

Wenn der Hörer des angeschlossenen Telefonapparates TA abgenommen wird, dann ist der Kondensator C. ungeladen und die Eingangsklemme ist dann über den

Widerstand R_ an die Basis des Transistors Q ' ange- j <-

schlossen. Der Transistor Q_ wird deshalb voll ausgesteuert, so daß ein hoher Strom durch ihn und damit durch die Leitungsschleife und durch die Überwachungsrelais fließt.

In diesem Anfangsstadium liegt über den Klemmen X und Y eine Spannung von etwa k Volt, welcher Wert bei weitem ausreicht, damit genügend Strom durch die Relais fließt, um diese anzuziehen. Der Kondensator C. beginnt sich aufzuladen in dem Augenblick, in welchem der Telefonhörer abgenommen und deshalb über die Klemme X und Y Strom fließt. Die Aufladung des Kondensators C. erfolgt nach Art einer Bootstrapschaltung über den Widerstand H_n. und die Widerstände

309812/0720

5964/09/Ch/gn - 9 - 19. Juli I972

R , R , wobei gleichzeitig die an der Basis des Transistors Q₀ angelegte Vorspannung - und damit auch der durch den Transistor Q₀ hindurchgehende Strom - entsprechend abfällt bis zu einem Wert, bei welchem der Kondensator C₁ voll aufgeladen ist. Ist der Kondensator C₁ voll aufgeladen, dann weist die Spannung zwischen den Klemmen X und Y ihren vorbestimmten Wert, also beispielsweise 8,4 Volt, auf. Die Zeitkonstante des R_C -Gliedes ist so gewählt, daß sich die in Figur 2 gezeigte Kurve für den Verlauf der Betriebsspannung ergibt. Für eine Zeitdauer von etwa 150 Millisekunden fließt durch die Leitungsschleife und die Relais ein erhöhter Strom und nach dieser Zeitdauer, wenn der Kondensator C voll aufgeladen ist, verläuft die Spannung horizontal bei einem Wert-von etwa 8,4 Volt.

Damit der Kondensator C. eine niedrige Kapazität aufweisen kann, um die Schaltung als integrierte Schaltung ausbilden zu können, sollte die Eingangsimpedanz noch sein, in dem der Transistor Q₀ eine hohe Verstärkung aufweist und der Wert des Vorspannungswiderstandes R_Q erhöht wird. Dadurch kann die

ti*

relativ langsame Ladungsgeschwindigkeit des Kondensators C. aufrechterhalten werden ohne das Erfordernis einer übermäßig großen Kapazität des Kondensators.

Wie eingangs bereits betont, eignet sich die vorliegende Erfindung insbesondere für das Fernsprechwesen zur Beherrschung der Problematik, die sich aus der Erregung der Uberwachungsrelais insbesondere bei langen

- 10 -

309812/07 2 0

2235A98

5964/09/Ch, ,in - 'J* '<- 19. JuIi 1972

Leitungsschleifen ergibt. Erkennbar ist die Erfindung jedoch nicht auf dieses spezielle Anwendungsgebiet beschränkt, vielmehr läßt sie sich überall dort anwenden, woh ähnliche Probleme auftreten.

- 11 309812/0720 Ansprüche

Claims

, ".09/Ch/gn - ** - 19. Juli 1972

ANSPRUCHE

ill -ytrofflversorgungs- bzw. Netzteilschaltungskreis lit zwei an eine Spannungsquelle anschließbaren 5ingangsklemmen und einem Spannungsregler zur Steuerung der über den Eingangskiemmen liegenden Spannung, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsregler eine zwischen die Eingangski emmen geschaltete, einen Stromweg zwischen den Klemmen bildende Schalteinrichtung (Q₂) umfaßt, die eine an einer Steuerspannung liegende Steuerelektrode aufweist, um in Abhängigkeit von Spannungsschwankungen zwischen den Klemmen den Spannungsabfall über die Schalteinrichtung im Sinne einer Konstanthaltung der Spannung zwischen den Klemmen zu verändern, und daß zwischen die Steuerelektrode und die eine der beiden Klemmen ein Kondensator (C.) geschaltet ist, welcher bei beginnendem Stromfluß der Spannungsquelle der Steuerelektrode anfänglich nahezu die gesamte, an dieser Klemme liegende Spannung zuführt und welcher nach einer für seine volle Aufladung benötigten Zeitspanne eine demgegenüber wesentlich niedrigere Spannung an die Steuerelektrode anlegt, wodurch ein zwischen die Eingangsklemmen geschalteter Verbraucher anfänglich mit einem relativ hohen Strom versorgt wird, der dann während der Aufladungszeit des Kondensators auf einen relativ niedrigen Wert abfällt.

g. Schaltungskreie nach Anspruch 1, dadurch g e -

-V³¹S'.
ν-'; k β η η ζ e i c h η e t, daß der Verbraucher

wenigstens ein Relais ist, welches durch den

309812/0720 - 12 -

5964/09/Gg/gn - 12 - 19. Juli 1972

anfänglich hohen Stromwert angezogen wird und welches bei dem niedrigen Stromwert erregt bleibt.

3. Stromversorgungs- bzw. Netzteilschaltungskreis für einen elektronischen Telefonapparat mit an eine Spannungsquelle anschließbaren Eingangsklemmen, wobei eine Spannungsquelle über Verbraucher, nämlich eine Telefonleitung und wenigstens ein Relais die Klemmen speist, dadurch g e k e η η-zeichnet, daß ein erster Spannungsregler zur Steuerung der zwischen den Eingangsklemmen liegenden Spannung vorgesehen ist, welcher eine zwischen die Eingangsklemmen geschaltete, einen Stromweg zwischen den Klemmen bildende Schalteinrichtung (Qp) umfaßt, die eine an einer Steuerspannung liegende Steuerelektrode aufweist, um in Abhängigkeit von SpannungsSchwankungen zwischen den Klemmen den Spannungsabfall über die Schalteinrichtung im Sinne einer Konstanthaltung der Spannung zwischen den Klemmen zu verändern, daß ein zweiter Spannungsregler zur Aufrechterhaltung einer im wesentlichen konstanten Spannung über den beiden Ausgangsklemmen des Schaltungskreises vorgesehen ist, welcher eine zwischen die eine der beiden Eingangsklemmen und die eine der beiden Ausgangsklemmen geschaltete zweite Schalteinrichtung (Q₁) umfaßt, die eine an einer Steuerspannung liegende Steuerelektrode aufweist, um in Abhängigkeit von Spannungsschwankungen zwischen den Ausgangsklemmen den Spannungsabfall über die Schalteinrichtung im Sinne einer Konstanthaltung der Spannung zwischen den Aus-

309812/0720 -U-

- 13 - 19· Juli 1972

gangsklenunen zu verändern, wobei diese Steuerelektrode für die zweite Schalteinrichtung über eine niedere Impedanz (DZ.) mit der. einen Eingangsklemme und über einen Widerstand mit der anderen Eingangsklemme verbunden ist, und daß zwischen die Steuerelektrode der ersten Schalteinrichtung (Qp) und die Steuerelektrode der zweiten Schalteinrichtung (Q₁) ein Kondensator (C.) geschaltet ist, welcher bei beginnendem Stromfluß der Spannungsquelle der Steuerelektrode der zweiten Schalteinrichtung anfänglich nahezu die gesamte, an der einen Eingangsklemme anliegende Spannung zuführt und welcher nach einer für seine volle Aufladung benötigten Zeitspanne eine demgegenüber wesentlich niedrigere Spannung an diese Steuerelektrode anlegt, wodurch durch das Relais anfänglich ein relativ hoher, sein Anziehen bewirkender Strom fließt, der dann während der Aufladungszeit des Kondensators auf einen relativ niedrigen, für die fortdauernde Erregung des Relais ausreichenden Wert abfällt.

4. Schaltungskreis nach Anspruch 3.» dadurch g e k e π η ζ e i c h η e tj daß die zwischen die · Steuerelektrode der zweiten Schalteinrichtung und die zweite Eingangsklemme geschaltete niedere Impedanz eine Zenerdiode (DZ.) ist.

5. Schaltkreis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g ek e η η ζ e i c h η e t, daß die erste Schalteinrichtung ein Transistor (Q₀) ist.

- Ik -

3098 12/0720

596VO9/Ch/gn - 14 - 19. Juli 1972

6. Schaltkreis nach Anspruch 3oder ^lt, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden Schalteinrichtungen jeweils ein Transistor (Q₁I Q₂) ist.

Schaltkreis nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeic hn e t, daß zwischen den beiden Eingangsklemmen (X, Y) eine erste Reihenschaltung einer Zenerdiode (DZ₀) und eines Widerstandes (R.), eine zweite Reihenschaltung eines Widerstandes (R^ ), die Kollektor-Eraitter-Strecke eines ersten Transistors (Q₀) und eines weiteren Widerstandes (R.,) und eine dritte Reihenschaltung eines Widerstandes (Ης) und einer zweiten Zenerdiode (DZ ) parallel geschaltet sind, wobei parallel zur Kollektor-Basis-Strecke eines zweiten Transistors (Q₁) der Widerstand (R_) geschaltet ist, wobei der Emitter des zweiten Transistors (Q₁) an die eine Ausgangsklemme (A) eines elektronischen Telefonapparates (TA) angelegt ist, dessen andere Ausgangsklemme (B) über eine geerdete Referenzspannungsleitung mit der einen (Y) der beiden Eingangsklemmen (X, Y) verbunden ist, und daß an den Knotenpunkt zwischen dem Widerstand (R-) und der Zenerdiode (DZ. ) der dritten Reihenschaltung der Kondensator (C.) angelegt ist, welcher andererseits mit dem Knotenpunkt eines Vorspannungswiderstandes (R₀) mit der Basiselektrode des ersten Transistors

tit

(Qp) verbunden ist, wobei der Vorspannungswiderstand (R„) mit dem Knotenpunkt zwischen «ler Zenerdiode (DZp) und dem Widerstand (H.) verbunden ist·

309812/0720