DE2551916C3 - Verfahren und Anordnung zur Verminderung der Speisestromverlustleistung bei Teilnehmeranschlüssen einer Nachrichtenvermittlungsanlage - Google Patents

Description

Bei Nachrichtenvermittlungsanlagen sind die Außenstellen oder Teilnehmerstationen a;i Teilnehmerleitungen angeschlossen, die ihrerseits in der zentralen Vermittlung in Teilnehmerleitungs-Anschlußschaltungen enden. Bei vielen Anlagen werden die Teilnehmerstationen von der zentralen Vermitthing her mit Energie versorgt. Die Anschlußschaltung erfüllt neben anderen Funktionen auch die Funktion der Einspeisung des Gleichstroms in die Teilnehmerleitung.

Bisher war es üblich, für diese Gleichstromversorgung eine feste Spannung zu benutzen, z. B. 48 V. Der auf der Teilnehmerleitung fließende Strom ist vom Innenwiderstand des Teilnehmerapparates, aber auch von der Leitungslänge abhängig. Während der Innenwiderstand des Apparates in engen Grenzen festliegt, kann der Leistungswiderstand erheblich variieren. Die Versorgungsspannung muß nun auf jeden Fall so groß sein, daß auch bei hohem Leitungswiderstand noch ein ausreichender Gleichstrom fließt.

Das bedeutet aber bei allen Verbindungen mit kürzerer Leitungslänge, daß ein größerer Strom fließt als notwendig wäre. Mit dem Strom sind immer Leistungsverluste verbunden, und zwar nicht nur auf der Leitung, sondern auch in der Teilnehmerleilungs-Anschlußschaltung, vor allem in den Speisewiderständen der Anschlußschaltung.

Diese Verlustleitung wird in Wärme umgesetzt und verhindert dadurch eine Erhöhung der Packungsdichte

und bedingt die Verwendung wärmefester, d. h. teurer Bauelemente. Es ist daher wünschenswert, die durch den Speisestrom hervorgerufene Verlustleistung möglichst gering zu halten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein ϊ Verfahren und eine Anordnung anzugeben, mit denen eine Verminderung dieser Verlustleistung möglich ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Teilnehmerleitungs-Anschlußschaltung bei der zentralen Vermittlungseinrich- ι ο tung mindestens ein vom Schleifengleichstrom abhängiges Steuersignal erzeugt und zur Steuerung der Auswahl eines von mindestens zwei verschiedenen Versorgungsspannungswerten verwendet wird.

Die erfmdungsgemäße Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Teilnehmerleitungs-Anschlußschaltung zwei Speiseschaltungen für die beiden Einzelleitungen der Teilnehmerleitung vorgesehen sind, wobei die eine Speiseschaltung mit Masse verbunden ist, die andere dagegen mit einer Auswahlschaltung, die ihrerseits mit zwei Anschlüssen verschiedener Betriebsspannungswerte der Speisegleichstromquelle verbundf τ ist, und daß die Auswahlschaltung mindestens einen Steuereingang aufweist für ein aus dem Schleifenstrom 2-, abgeleitetes Steuersignal.

Durch die Anpassung der Versorgungsspannung kann die Verlustleistung erheblich vermindert werden, z. B. um 0,75 Watt pro Teilnehmerleitung, was bei großen Vermittlungen zu einer bedeutenden Verbesserung führt. Erstens können, wegen der geringen Wärmeerzeugung für kleinere Leistung ausgelegte und damit billigere Bauelemente verwendet werden. Zweitens wird eine größere Packungsdichte möglich. Drittens erspart man Vorrichtungen zur Wärmeabfuhr. Und r> schließlich ergibt sich noch eine Einsparung des Gesamtenergieverbrauchs der Anlage, und damit eine Reduzierung der Stromversorgungsanlage.

Die für die Spannungsumschaltung notwendigen zusätzlichen Schaltungsteile können in integrierter Schaltungstc :hnik ausgeführt werden. Außerdem kann man durch Umschaltung auf niedrigere Versorgungsspannung bei Rufsignalgabe erreichen, daß weniger hohe Spannungsspitzen auftreten. Dies trägt zur Erhöhung der Sicherheit bei. 4 j

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden mhand von Zeichnunge.i beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Teilnehmerleitungs-Anschlußschaltung mil umschaltbarer Versorgungsspannung, in einem w System mit einer Vernr'nlungseinrichtung und einer Mehrzahl von Teilnehmerstationen,

Fig. 2 Einzelheiten dtr Speiseschaltungen gem. Fi g 1 mit zusätzlichen Schalterelementen zur Verwendung bei der Spannungsumschaltung. r>

Fig. 3A und 3B Einzelheiten der Auswahlschaltung gem. Fig. 1 zur Auswahl jeweils einer der zwei Versorgungsspannungen fiir die Gleichstremeinspeisung und

F i g. 4 Strom/Spannungikennlinien zur Erläuterung wi der Wirkung der Umschaltung der Versorgungsspannung zwischen zwei Werter«.

Fig. 1 zeigt die Anordnung einer Leitungsanschluß- »chaltung und ihrer Umgebung. Zweck der Leitungsanichlußschaltung ist die Verbindung einer Teilnehmeriweidrahtleitung a'b, an der z. B. ein Telefonapparat ingeschlossen ist, mit einer Vermittlungseinrichtung. Die Vermitttlungseinrichiiing kann eine Nebenstellenanlage sein, oder eine Vermittlungszeritrale eines öffentlichen Fernsprechnetzes. Eine große Anzahl von Teilnehmerleitungen ist über je eine Leitungsanschlußeinheit mii der Vermittlungseinrichtung verbunden.

Eine Leitungsanschlußeinheit erfüllt je nach Art der Vermittlungseinrichtung einen Teil oder alle der folgenden Funktionen:

— Teilnehmerleitungsabschluß

— Zweidraht-/Vierdrahtumsetzung

— Umwandlung symmetrisch/unsymmetrisch

— Feststellung des Leitungszustandes
(Beiriebszustandes)

— KurzschJußschutz für Gleichspannungsqueile und
Leitungsanschlußeinheit

— Hochspannungsschutz der Vermittlungseinrichtung

— Rufstromeinspeisung

— Energieeinspeisung für die Außenstelle
(Telefonapparat)

Der prinzipielle Aufbau der als Ausführungsbeispie! gewählten Leitungsanschlußeinheit wird nun anhand von Fig. 1 beschrieben. Ein Telefonenparat 11 ist über die beiden Leitungen 12 und 13 (a- und ^Leitung) mit der Leitungsanschlußeinheit verbunden, deren beide Eingangsleitungen mit 14 und 15 bezeichnet sind. Für die Verbindung der Leitungsanschlußeinheit mit der Vierdraht-vermittlungseinrichtung 16 sind eine Eingabeleitung 17 (Eingangssignal 51 nur in Richtung von der Teilnehmerleitung zur Vermittlungseinrichtung) und eine Ausgabeleitung 18 (Ausgangssignale 52 nur in Richtung von der Vermittlungseinrichtung zur Teilnehmerleitung) vorgesehen.

Die beiden Leitungen 14 und 15 sind durch eine RC- Kombination 19/20 verbunden, um den für die Teilnehmerleitung vorgeschriebenen Abschlußwiderstand zu erreichen.

Die Ankopplung der Teilnehmerleitung an die Eingabe- und Ausgabeleitung der Vermittlungseinrichtung erfolgt hier nicht, wie bisher meist üblich, durch einen Transformator, sondern durch kapazitive Elemente. Über je eine Kapazität 21 bzw. 22 sind die beiden Lei"ingen 14 und 15 mit den Eingängen 23 und 24 eines Verstärkers 25 verbunden, dessen einer Ausgang 26 über einen Differenz-Verstärker mit der Eingabeleitung 17 verbunden ist, während der andere an Erde liegt. Das Eingabesignal 51 erscheint also auf der Eingabeleitung 17 als Spannung gegen Erde.

Das Ausgabesignal auf Leitung 18 ist eine Spannung gegen Erde Leitung 18 ist mit einem Eingang eines Verstärkers 27 verbunden, der andere mit Erde. Das Ausgabesignal 52 erscheint auf den Ausgangsleitungen 28 und 29 des Verstärkers 27 als Spannungsdifferenz, die symmetrisch geger! Erde ist. Die beiden Leitungen U und 29 sind über je eine Kapazität 30 bzw. 31 mit den Leitungen 32 und 33 verbunden, weiche die auszugebenden Signale zur Teilnehmerleitung (a/b-Leitung) übertragen. Die Leitungen 32 und 33 sind aber nicht direkt mit a- Leitung 14 bzw. b-Leitung 15 verbunden, sondern über die .Speiseschaltungen 34 bzw. 35. Einzelheiten hierüber folgen spe'er.

Die Leitungen 23, 24, 28 und 29 sind durch je zwei Dioden 36/37, 38/39, 40/41 und 42/43 mit zwei Potentialquellen + Vmax. 1 und - Vmax, 2 verbunden, so daß die Spannung auf diesen vier Leitungen auf jeden Fall auf einen Bereich begrenzt bleibt, der zwischen den durch die PotenliaUjuellen gegebenen unteren und oberen Grenzwerten - Vmax. 2 und + Vmax. 1 liegt. Diese Werte liegen etwa an den Grenzen der

Linearbereiche der beiden Verstärker 25 und 27.

Zur Vermeidung einer Rückführung des Ausgabesignals S 2 über die Speiseschaltungen 34 und 35 sind ein Differenzverstärker 44 und ein Ausgleichsnetzwerk 45 vorgesehen. Der Ausgang des Differerizvefstärkers 44 ist mit der Eingabeleitung 17, sein erster Eingang mit dem Ausgang 26 des Verstärkers 25 und sein zweiter Eingang mit dem Ausgang des Ausgleichsnetzwerks 45 verbunden. Der Eingang des Ausgleichnetzwerkes 45 ist mit der Ausgabeleitung 18 verbunden. Diese Anordnung bewirkt, daß der auf der Leitung 26 durch Rückführung des Ausgabesignals S 2 hervorgerufene Signalanteil im Verstärker kompensiert wird, und zwar dadurch, daß das Netzwerk 45 das Ausgabesignal 52 in gleicher Weise verändert wie die Elemente auf dem Rückkopplungsweg vom Verstärker 27 zum Verstärker 25. und das so gewonnene Korrektursignal auf den Subtraktionseingang des Differenzverstärkers 44 gibt. Auf diese Weise wird eine vollständige kichlungstrennung erreicht.

Die Speiseschaltungen 34 und 35 sind vorgesehen, um die a- und ^Leitung 14/15 bzw. 12/13 mit einer Gleichstromquelle zu verbinden. Sie sollen einen bestimmten (vorgeschriebenen) Gleichstromwiderstand haben, und für Wechselströme eine möglichst hohe Impedanz. Es sind also Schaltungen mit Tiefpaßcharakteristk vorzusehen. Speiseschaltung 34 verbindet die a-Leitung 14 mit Erde, d. h. mit dem positiven Pol einer Gleichspannungsquelle. Speiseschaltung 35 verbindet die b-Leitung 15 mit dem negativen Pol der Gleichspannungsversorgung. Im Ausführungsbeispiel ist noch eine Auswahlschaltung 46 vorgesehen, die aufgrund von Steuersignalen A. Zund RCan ihren Eingängen 47, 48, und 49 den Anschlußpunkt 50 der Speiseschaltung 35 entweder mit einer — 48-V-Versorgungsleitung oder mit einer -30-V-Versorgungsleitung verbindet. Einzelheiten der Speiseschaltungen 34 und 35 sowie der Auswahlschaltung 46 und ihrer Arbeitsweise werden später beschrieben.

Das Steuersignal A wird durch eine Testschaltung 51 erzeugt, die mit der Speiseschaltung 34 verbunden ist, um eine Anzeige für die Größe des Speisestromes zu erhalten. Einzelheiten der Schaltung 51 werden später beschrieben.

Das Steuersignal Z ist binär und wird durch den Betriebszustandsdetektor 52 erzeugt als Anzeige für den Betriebszustand des Telefonapparates 11. Zwei Eingänge des Betriebszustandsdetektors 52 sind direkt mit der a-Leitung 14 bzw. der ö-Leitung 15 verbunden. Der Detektor 52 stellt den Impedanz-Unterschied in der Teilnehmerleitungsschleife zwischen dem aufgelegten und abgehobenem Zustand fest indem er den durch das Fließen oder Nichtfließen des Speisestromes bedingten Gleichspannungsunterschied entdeckt, und gibt je nach dem Ergebnis den einen oder anderen Binärwert als Ausgangssignal Zab.

Das Steuersignal RC ist ein binäres Impulsstgnal. welches als Rufkommando von der Vermittlungseinrichtung über eine Leitung 53 abgegeben wird. Die Vermittlungseinrichtung gibt außerdem über Leitungen 54 und 55 zwei komplementäre Rufwechselspannungen RSl und RS 2 ab. Mit Hilfe einer Schaltereinheit 56 werden bei Bedarf Rufströme auf die Leitungen 14 und 15 gegeben. Im Takte der Impulse des Rufkommandosignals RC das am Eingang 57 eingegeben wird, wird das Rufsignal RS t vom Eingang 58 über Ausgang 59 auf die Leitung 14 und das Rufsignal RS2 vom Eingang 60 über Ausgang 61 auf die Leitung 15 weitergegeben.

Die Schaltereinheit kann z. B. /^'ei TRIAC-Elemente zwischen den Eingängen 58 und 60 einerseits und den Ausgängen 59 und 61 andererseits enthalten sowie eine Leuchtdiode (LED), die an den Steuereingang 57 angeschlossen ist. Durch jeden /?C>impuIs am Eingang 57 wird dann infolge eines Lichtimpulses auf die TRIAC eine Verbindung für die Signale RSi und RS2 durchgeschaltet,

Speiseschaltungen mit Gyrator

Einzelheiten der beiden in Fig. 1 gezeigten Speiseschaltungen 34 und 35 werden nun anhand Von Fig. 2 beschrieben. Die Beschreibung beschränkt sich auf die Speiseschaltung 34, weil die zweite Speiseschaltung 35 analog aufgebaut ist (allerdings mit komplementären Transistoren, für komplementäre Spannungen usw.). Einander entsprechende Bauelemente sind in beiden Speiseschaltungen mit der gleichen Buchstaben-ZZifferkombination bezeichnet, wobei die Bezeichnungen in Schaltung 55 zur Unterscheidung einen Strich haben (z.B. Di in 34, DV in 35).

Der gestrichelte eingerahmte Bereich in Fig.2 entspricht der Speiseschaltung 34. Sie hat das Verhalten einer Reihenschaltung von ohmschem Widerstand und Induktivität, was die gewünschte Tiefpaßcharakteristik ergibt. Dieses Verhalten wird erreicht durch eine Kapazität Cl (Bereich 34b) und eine damit verbundene Gyratorschaltung (Bereich 34a), durch welche die Kapazität C1 bezüglich ihrer Wirkung auf die a-Leitung 14 in eine Induktivität transformiert wird.

Die Gyratorschaltung ist folgendermaßen aufgebaut: Zwei in Reihe geschaltete Widerstände R 1 und R 2 bilden einen Spannungsteiler zwischen Erde und der a-Leitung 14. Ein mit Erde verbundener Widerstand R 3. ein mit seinem Emitter an den Widerstand R 3 angeschlossener Transistor Ti, und eine mit dem Kollektor des Transistors Π einerseits und der a-Leitung 14 andererseits verbundene Diode D1 bilden eine zweite Reihenschaltung. Ein Differenzverstärker 80 mit seinem ersten Eingang an den Verbindungspunkt zwischen Widerstand R3 und Transistor Ti angeschlossen (Punkt 81), und mit seinem zweiten Eingang (Punkt 82) an einen Widerstand R 4, der seinerseits mit seinem anderen Ende an den Verbindungspunkt (Punkt 83) zwischen den Widerständen R 1 und R 2 angeschlossen ist Der Ausgang des Differenzverstärkers ist mit der Basis des Transistors 7"I verbunden. Die Widerstände R1 und R 2 sind beide sehr groß gegen den Widerstand R 3.

Durch die Kombination des Verstärkers und des Transistors werden die Punkte 81 und 82 auf etwa gleichem Potential gehalten. Bei reiner Gleichspai\nung über der Speiseschaltung 34 wird kein Strom durch C1 fließen, und die Spannung wird sich auf R 1 und R 2 verteilen. Damit wird sich im Zweig R3/TI/DI ein Strom einstellen, der einem Widerstand entspricht von

RF= Λ3

wobei RF der geforderte Speisewiderstand ist Der Strom durch R 1 und R 2 ist dagegen vemachlässigbar.

Bei Anlegen einer Wechselspannung auf der Leitung 14 an die Speiseschaltung 34 dagegen wird die Spannung im Punkt 82 durch den durch C i fließenden Strom wesentlich mitbestimmt Um die Spannung im Punkt 81 auf einen entsprechenden Wert zu bringen, muß durch den Zweig R 3/Ti/D 1 ein induktiver Strom fließen.

Für die Impedanz
folgende Formel:

der Speiscschaltung 34 gilt

Rl)

wobei

/. = Rl

Rl ■ Cl.

Hierbei sind die im folgenden beschriebenen, außerhalb der gestrichelten Kästchen 34a und 346 liegenden Elemente nicht berücksichtigt.

Zur Erreichung zusätzlicher Funktionen sind an die beschriebene Speiseschaltung 34 (das gleiche gill für Speiseschaltung 35) noch weitere Elemente anzuschlie Ben. die im folgenden kurz beschrieben werden.

Em Transistor T2 verbindet als Kurzschlußschalter den Punkt 82 mit Erde (bzw. den Punkt 82' mit dem Anschlußpunkt 50 für die negative Versorgungsspan nung). Durch ein binäres Steuersignal RX an der Basis des Transistors kann der Punkt 82 zwangsweise auf Erdpotential gebracht werden. Dies ist bei Rufstromeinspeisung nützlich, wie später noch kurz erläutert wird.

Parallel zur Kapazität Cl (und zum Widerstand R 1) ist eine Zenerdiode Zl vorgesehen. Sie begrenzt die Spannung über Cl und damit auch den durch die Gyratorschaltung, d. h. den durch die Speiseschaltung fließenden Strom. Somit kann durch die Zenerspannung von Zl der maximale durch die Teilnehmerleitung fließende Kurzschlußstrom festgelegt werden.

Ebenfalls parallel zur Kapazität Cl ist eine Reihenschaltung aus einem Transistor Γ3 und einem Widerstand R 5 vorgesehen, deren Verbindungspunkt 85 über eine Zenerdiode Z2 mit einer Hilfsspannung + VZ verbunden ist (für die Zenerdiode Z2' beträgt die Hilfsspannung -30 V-VZ). Zenerdiode Z2 und Widerstand /?5 sind in Reihe zwischen der positiven Hilfsspannung + VZ und Punkt 83 geschaltet. (Zenerdiode und VZbestimmen die Lage des Kennlinienknicks Pin F i g. 4.) Der Emitter des Transistors 7~3 ist an Erde, sein Kollektor an den Verbindungspunkt 85 zwischen Zenerdiode Z2 und Widerstand R 5 angeschlossen. Die Basis des Transistors Γ3 ist mit einem Steuereingang 84 verbunden. Dieses Netzwerk ermöglicht eine Anpassung der Gyratorschaltung (Änderung der Gleichstromkennlinie) bei Umschaltung der Versorgungsspannung. Das Verhalten des Zusatznetzwerkes wird gesteuert durch Anlegen eines Signals S über Steuereingang 84 an die Basis des Transistors TZ (bzw. eines Signals B1 über Steuereingang 84' an die Basis des Transistors Γ3'). Die V/irkung dieser Anpassung durch Wirksammachen bzw. Unwirksammachen der Zenerdiode Z 2 wird später hoch etwas genauer erläutert (F i g. 4).

Schließlich sind in Fig.2 noch Einzelheiten der Testschaltung 51 gezeigt, durch die das Signal A erzeugt wird, welches die Größe des über die Leitung 14 bzw. 12 fließenden Speisestroms anzeigt Die Testschaltung besteht aus einem Differenzverstärker 90, dessen einer Eingang mit Erde, und dessen anderer Eingang über einen Widerstand 91 mit dem Anschlußpunkt 81 verbunden ist. Der Ausgang 93 des Differenzverstärkers, an dem das Signal A abgenommen werden kann, ist über einen Widerstand 92 mit dem zweiten Eingang des Differenzverstärkers verbunden.

Wie bereits früher gesagt, sind die beiden Speiseschaltungen 34 und 35 analog aufgebaut. Sie dienen nicht nur zur Verbindung der a-Leitung 14 und der ft-Leitung 15 mit Erde bzw. mit dem negativen Pol einer Spannungsquelle zwecks Energieversorgung, sondern auch zur Verbindung der Signalausgabeleitung 32 bzw. 33 mit der a- und ύ-Leitung. Zu diesem Zweck ist Leitung 32 imt dem Punkt 82 verbunden, und Leitung 33 ί mit dem Punkt 82'. Die an die Teilnelimefstelle zu sendenden Signale werden also in die Gyratorschalliingen injiziert und gelangen auf diesem Wege auf die Zweidraht-Teilnehmerleitung.

_|0 Umschaltbare Stromversorgung

Anhand von F i g. 3A und 3B werden nun Einzelheiten der Auswahlschaltung 46 aus Fig. 1 beschrieben, welche eine umschaltbare Stromversorgung ermöglicht. Die umschaltbare Stromversorgung soll es erlauben, in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen, statt der normalen Versorgungsspannung (z.B. -48V) bei bestimmten Zuständen (z. B. kurze Leitung) eine niedrigere Spannung (z.B. -30V) zu verwenden, um dadurch Verlustenergie einzusparen.

Die Bedingungen bzw. Zustände, welche die Spannungsauswahl beeinflussen, sind folgende:

1) Gabelschalter ein oder aus:

Bei aufgelegtem Hörer soll die niedrige Spannung (-30V) angelegt werden, weil dies im Ruhezustand genügt.

2) Rufstrom ein oder aus:

Wenn Rufstrom auf die Leitung gegeben wird, soll die niedrige Spannung (— 30 V) angelegt sein (unter der Annahme, daß der Gleichstrom-Mittelwert des Rufsignals auf der £>-Leitung -30 V beträgt, siehe weiter vorn), damit die Spannungsdifferenz zwischen Rufsignal und Speisespannung gering bleibt.

3) Strom auf der Leitung über oder unter Schwellenwertbereich:

Wenn der Strom über dem Schwellenwertbereich ist, soll die niedrigere Spannung ( — 30 V) angelegt werden, weil das offenbar ausreicht; wenn der Strom unter dem Schwellenwertbereich ist, soll die höhere Spannung (—48 V) angelegt werden, damit ein ausreichender Strom zustande kommt.

Die Steuersignale, weiche diese Zustände angeben, wurden bereits bei der Beschreibung von Fig. 1 genannt: Signal Z stellt die Stellung des Gabelschalters dar:

Z= 1 aufgelegt
Z=O abgehoben

Signal /fCstellt den Zustand des Rufsignals dar:

RC= 1 Rufsigna! aktiv

KC=O Ruhe

Signal A stellt, in Form einer analogen (kontinuierlich veränderlichen) Spannung den durch die Leitung κ fließenden Strom dar.

Es gelten nun folgende logische Bedingungen, weiche durch die Auswahlschaltung verwirklicht werden:

1) WENN Z= 1 ODER RC= 1 ODER A > VH,
DANN -30 V einstellen.

2) WENN Z= 0 UND A < VL,
DANN -

Dabei bezeichnet VT/den oberen und VL den unteren Wert des Schwellenbereichs oder Umschalt-Toleranzbereichs.

Die oben dargestellten Bedingungen sind in der Schaltung der Fig.3A verwirklicht Für die drei Steuersignale Z, .4 und KCsind die drei Eingangsleitun-

gen 101,102 und 103 vorgesehen. Die Leitung 101 ist mit je einem Eingang zweier ODER-Glieder 104 und 105 verbunden. Die Leitung 102 ist mit den positiven Eingängen zweier Differenzverstärker (Vergleicher) 106 ufid 107 verbunden. Der negative Eingang des Differenzverstärkirs 106 liegt an einer Referenzspannung VH, der negative Eingang des Differenzverstärkers 107 liegt an einer Referenzspannung VL Beide Differenzverstärker geben am Ausgang ein »1 «-Signal ab, wenn das Λ-Signal am positiven Eingang größer ist als die Referenzspannung VH bzw. VL Wenn A kleiner ist als die Referenzspannung, wird ein »O«-Ausgangssignal abgegeben. Die Werte der Referenzspannungen werden so gewählt, daß durch Versorgungsspannungsumschaltung jeweils ein ausreichender, aber nicht unnötig großer Strom auf der Teilnehmerleitung fließt.

Der Ausgang des Differenzverstärkers 106 ist mit einem zweiten Eingang des ODER-Gliedes 104, und der

der Transistoren T2 bzw. T2' in F i g. 2 verbunden, um diese ein- oder auszuschalten Und damit die Gyralon-Speiseschaltungen entweder stillzulegen, wenn ein Rufsignal ausgesendet wird, oder andernfalls zu aktivieren.

Die Stroniversorgungsleitung 119, welche entweder an -30 V oder an —48 V liegt, ist mit dem Anschlußpunkt 50 der Speiseschaltung 35 in Fig.2 (auch in Fig. 1) verbunden. Die Stromversorgungsleitung 119 ist außerdem mit je einem ersten Versorgungsanschluß der vier Pegelumsetzer 108, 113, 114 und 115 verbunden. Je ein zweiter Versorgungseingang aller Pegelumsetzer liegt über eine Leitung 123 an einer Hilfsspannung von - 12 V.

F i g. 3B zeigt den Schaltungsaufbau der Pegelumsetzer. Zwischen dem Steuereingang 124 und dem -12-V-Versorgungseingang 125 ist die Reihenschaltung mehrerer hintereinandergeschalteter Dioden 126,

1Q7 rnit C !HStT! I—SB U Γ!ί3 oinpc VViH^rctanHpc iO7 an cxprvrrln At

rweiten Eingang des ODER-Gliedes 105 verbunden. Die Eingangsleilung 103 für das /?C-Signal ist mit einem dritten Eingang des ODER-Gliedes 104 verbunden. Sie ist außerdem mit dem Steuereingrng eines Pegelumsetzers 108 verbunden, der weiter unten genauer beschrieben ist.

Der Ausgang des ODER-Gliedes 104 ist mit dem Setz-Eingang S eines bistabilen Kippgliedes 109 verbunden. Der Ausgang des ODER-Gliedes 105 ist über einen Inverter 110 mit Rückstelleingang R des bistabilen Kippgliedes 109 verbunden. Die Ausgänge 111 und 112 des bistabilen Kippgliedes geben die Steuersignale für die Versorgungsspannungs-Umschaltung ab. Der Pegel dieser binären Steuersignale, die im Ausführungsbeispiel entweder den Wert 0 V oder + 5 V annehmen (TTL-Schaltungen), muß aber noch verschoben werden, damit die direkt an -30 V bzw. an -48 V liegenden Schalttransistoren mit ihnen direkt angeiteuert werden können.

Zu diesem Zwecke sind die Pegelumsetzer 113, 114 und 115 (und ebenso 108) vorgesehen, deren Einzelheiten weiter unten anhand von Fig.3B beschrieben werden. Ausgang 111 des Kippgliedes 109 ist mit dem Steuereingang der Pegelumsetzer 113 und 114 verbunden. Ausgang 112 mit dem Steuereingang des Pegelumsetzers 115.

Der Pegelumsetzer 113 hat zwei Ausgänge 116 und 117, auf den die pegelverschobenen und komplementären binären Steuersignale B und B' erscheinen. Diese beiden Ausgänge sind mit den in F i g. 2 gezeigten Steuereingängen 84 bzw. 84' der Kennlinienänderungs-Zusatznetzwerke bei den Speiseschaltungen verbunden.

Der Pegelumsetzer 114 hat auch zwei Ausgänge, wovon einer unbenutzt und der andere mit der Basis eines Schalttransistors 118 verbunden ist Der Emitter dieses Transistors Hegt an der -48-V-Leitung einer Spannungsquelle, sein Kollektor ist über eine Diode 118a mit einer Stromversorgungsleitung 119 verbunden.

Der Pegelumsetzer 115 hat ebenfalls zwei Ausgänge, wovon einer nicht benutzt und der andere mit der Basis eines Schalttransistors 120 verbunden ist Der Emitter dieses Transistors liegt an der — 30-V-Leitung einer Spannungsquelle, sein Kollektor ist über eine Diode 120a mit der Stromversorgungsleitung 119 verbunden.

Der Pegelumsetzer 108, dessen Steuereingang mit der ÄC-Signaleingangsleitung 103 verbunden ist, hat z\vei Ausgänge 121 und 122, auf denen die pegelverschobenen und komplementären Steuersignale RX und RX' erscheinen. Diese beiden Leitungen sind mit den Basen Verbindungspunkt dieser beiden Elemente ist der erste Ausgang 128 des Pegelumsetzers angeschlossen. Zwischen dem Steuereingang 124 und dem -30-V/-48-V-Versorgungseingang 129 ist ein Inverter 130 sowie die Reihenschaltung eines ersten Widerstandes 131, eines Transistors 132 und eines zweiten Widerstandes 133 angeordnet. Die Basis des Transistors ist mit Erde verbunden, der Verbindungspunkt zwischen Kollektor und Widerstand 133 mit dem zweiten Ausgang 134 des Pegelumsetzers.

Bei einem binären Eingangssignal mit den Binärwerten OV und +5V wirkt der Pegelumsetzer wie folgt: Wenn die Spannung am Steuereingang 124 gleich 0 V ist, Rießt ein Strom durch den Widerstand 127, wobei jedoch auch ein geringer Spannungsabfall an den Dioden 126,126a auftritt, so daß der erste Ausgang 128 ungefähr die Spannung - 0,7 V annimmt, wenn (wie gestrichelt dargestellt), ein Transistor (oder mehrere) angeschlossen ist, der dadurch leitend wird. Am Ausgang des Inverters 130 liegt der Komplemenlwert des Eingangssteuersignals, also +5V. Durch die Widerstände 131 und 133 fließt ebenfalls ein S'rom, und der zweite Ausgang 134 nimmt die Spannung - 30 V + ΔV bzw. - 48 V + ΔV an. Die Widerstände sind so gewählt, daß der Spannungsabfall /4V, also die Spannung des Ausgangs 134 gegenüber dem Anschlußpunkt 129, ausreicht, um den (bzw. die) angeschlossenen (gestrichelt dargestellten) Transistor leitend zu machen. Wenn dagegen am Steuereingang 124 die Spannung + 5V anliegt, fließt ein größerer Strom durch den Widerstand 127, so daß die Spannung am Ausgang 128 positiv wird und damit der oder die angeschlossenen Transistoren gesperrt werden. Gleichzeitig ist aber das Ausgangssignal des Inverters 130 auf 0 V, so daß Transistor 132 gesperrt wird und dadurch kein Strom

5> durch den Widerstand 133 fließt Infolgedessen liegt der zweite Ausgang 134 auf - 30 V bzw. -48 V. Das Signal am ersten Ausgang 128 entspricht also bis auf geringe Spannungsänderungen dem Eingangssignal, während das Signal am zweiten Ausgang 134 invertiert und außerdem um —30 V bzw. um —48 V pegelverschoben ist

Die Arbeitsweise der Auswahlschaltung 46, die anhand von F i g. 3A und 3B beschrieben wurde, sei nun kurz erläutert:

Sobald Z=I (Hörer aufgelegt), A>VH (großer Strom auf der Leitung) oder RC= 1 (Aussendung Rufsignal), gibt ODER-Glied 104 ein »1«-Signal ab, und damit wird Kippgüed 109 gesetzt und ein »!«-Signal

erscheint am Ausgang 111. Die Signale ß/ß'auf Leitung 116/117 (Fig.3A) und am Eingang 84/84' (Fig.2) werden ak'iviert und damit die Transistoren T3/T3' gesperrt. Die Zenerdioden Z2/Z2' werden wirksam (Erklärung der Wirkung im Zusammenhang mit F i g. 4). Der Transistor 118 wird gesperrt, der Transistor 120 wird leitend, so daß die niedrigere Spannung von - 30 V an die Speiseschaltung angelegt wird.

Die Signale RX/RX' an den Ausgängen 121/122 werden nur bei Rufsignalabgabe (RC= 1) aktiviert, und machen dann die Transistoren T2/T2' (F i g. 2) leitend, Um so während des Rufstroms die Speiseschaltungen 34 und 35 zu sperren.

Wenn irgendwann bei abgehobenem Hörer (Z=Q) der Wert des Teslsignals A kleiner als VL ist. liegt an Ii beiden Eingängen des ODER-Gliedes 105 ein »O«-Signal, das komplementiert als »1 «-Signal an den Ä-Eingang des Kippgliedes 109 gelangt und dieses zurückstellt. Ausgang ! 11 erhalt nun ein »0« Signa!. Dadurch werden die Steuersignale B/B' deaktiviert, die Transistoren Γ3/Τ3' werden leitend und überbrücken die Zenerdioden Z2/Z2'. Außerdem wird (wegen der Komplementierung im Pegelumsetzer 114) der Transistor 118 leitend, so daß nunmehr die Spannung -48 V über Leitung 119 und Punkt 50 an die Speiseschaltung35 gelangt. Der Transistor 120 wurde gleichzeitig gesperrt, da auf dem Ausgang 112 des Kippgliedes 109 ein »1 «-Signal liegt.

Die Gesamtwirkung ist also wir erwünscht:

Bei aufgelegtem Hörer oder bei relativ hohem Speisestrom (kurze Leitung, niedriger Schleifenwiderstand) wird die niedrige Versorgungsspannung von -30 V angelegt, um die Verlustleistung niedrig zu halten. Wenn bei abgenommenem Hörer jedoch der Speisestrom zu niedrig ist (lange Leitung, hoher Schleifenwiderstand), wird die Spannung von —48 V benutzt. Außerdem wird bei Einspeisung des Rufwechselstroms die Speisespannung auf — 30 V gesetzt, um keine unerwünscht hohen Spannungen infolge Überlagerung der Gleichspannung und der Rufwechselspannung zu erhalten.

Auswirkung der Spannungsumschaltung

Anhand der Kennlinien in F i g. 4 und des Schaltbildes in Fig.2 werden nun die Auswirkungen beschrieben, welche eine Umschaltung des Versorgungsspannungswertes durch die Auswahlschaltung 46 hat Es sind zwei Fälle zu unterscheiden, je nachdem, ob im Telefonapparat eine Regelung des Sprachstroms aufgrund des Pegelwertes des Leitungsgleichstroms mit Hilfe einer Varistorschaltung erfolgt oder nicht Wenn keine solche Regelung vorgesehen ist kann der Speisestrom von der Zentrale her beliebig geändert werden, und beim Umschalten der Versofgungsspannung braucht keine Anpassung der Speiseschalrungskennlinie zu erfolgen (Fall a). In diesem Fall können die Elemente Z 2, T 3 und R 5 bei der Speiseschaltung 34 und Z2', T3' und 5' bei der Speiseschaltung 35 fortgelassen werden. Ebenso werden die Steuersignale B und B' und die sie erzeugenden Elemente (113, 116, 117 in Fig.3A) nicht co benötigt

Wenn eine Varistorregelung der Telefonapparate vorhanden ist muß der Speisestrom bei konstanter Leitungslänge trotz Versorgungsspannungsumschaltung konstant bleiben, um die Varistorregelung wirksam zu belassen. In diesem Falle (Fall b)mu& eine Anpassung der Speiseschaltung durch Kennlinienänderung erfolgen, und dafür sind die bereits oben angegebenen Elemente Z2, Γ3 und R5 bzw. Z2', T 3' und R 5' sowie die Steuersignale B und B' vorgesehen. Ihre Wirkung wird später noch kurz beschrieben.

F i g. 4 zeigt vier StronWSpannungskennlinien für die Teilnehmerleitung mit angeschlossenem T°lefonzpparat, und zwar für die Leitungslängen 0 1,2 und 3 km. Der Apparatewiderstand ist mit 250 Ohm, der LeitURgswiderstand mit 150 Ohm/km angenommen. Die anderen Kennlinien (links oben nach rechts unten) zeigen die Stronv/Spannungscharakteristik der Stromquelle einschließlich Speiseschaltungen.

a) Spannungsumschaltung ohne Varistorregelung im Telefonapparat:

Für diesen Fall gelten die Kennlinien I und II. Nimmt man eine Umschaltung bei etwa 35 mA an (Punkt P im Diagramm), so ergeben sich folgende Unterschiede bei einer Leitungslänge von 1 km:
Bei -48 V würde sich der Arbeitspunkt X einstellen, das bedeutet 40-mA-Strom und 48 V -16 V = 32 V Spannungsabfall in der Stromversorgung. Die Verlustleistung würde hier also 40 mA · 32 V= 1,28 W betragen. Infolge Umschaltung auf -JO V stellt sich jedoch der Arbeitspunkt Ϋ ein, das bedeutet 25-mA-Strom und 30 V- 10 V = 20 V Spannungsabfall. Die Verlustleistung beträgt damit nur noch 25 mA -20V = 0,5 W. Es ergibt sich also pro Teilnehmerleitung eine Einsparung von 1,28 W-0,5 W = 0,78 W Verlustleistung in der Zentrale. Das bedeutet weniger abzuführende Wärme, weniger Anforderungen an die Bauelemente in der Leitungsanschlußschaltung, und eine Verminderung des Energiebedarfs der Zentrale.

b) Spannungsupischaltung bei vorhandener Varistorregelung im Telefonapparat:

In diesem Falle gilt bei einer Einstellung auf -48 V die gesamte Kennlinie I, bei einer Einstellung auf 30 V dagegen nur noch der obere Teil der Kennlinie I (oberhalb P) sowie die Kennlinie III. Kennlinie II ist nicht mehr gültig. Die geknickte Kennlinie bei -30 V kommt folgendermaßen zustande:

Beim Einschalten von —30 V werden gleichzeitig die Steuersignale B und B' aktiv und sperren die Transistoren T3 und T3' (F i g. 2). Damit werden die Zenerdioden Z 2 und Z2' wirksam. Sie sorgen dafür, daß trotz einer Spannungsverminderung auf - 30 V der gleiche Speisestrom in die Teilnehmerleitung fließt wie bei —48 V, so daß die Varistorregelung ungestört funktioniert.

Bei großer Leitungslänge, d. h. bei Speisestrom unter mA, wird dagegen die - 48-V-Versorgung eingeschaltet Dies bedeutet Inaktivierung der Signale B und S'und Leitendmachen der Transistoren T3 und 7"3\ so daß die Zenerdioden Z2 und Z2' unwirksam werden.

Es ergeben sich nunmehr folgende Unterschiede, wieder für eine angenommene Leitungslänge von I km. Bei Einschaltung von -48 V würde sich Arbeitspunkt X einstellen: Strom 40 mA, Spannungsabfall in der Stromversorgung 48 V— 16 V = 32 V. Das ergibt wieder eine Verlustleistung von 1,28 W. Bei Verwendung von -30 V dagegen stellt sich zwar auch der Arbeitspunkt X ein, d. h. der Strom wird 40 mA. Der Spannungsabfall an der Stromversorgung beträgt aber nur noch V— 16 V= 14 V. Das ergibt eine Verlustleistung von mA - 14 V = 046 W. Die Verlustleistung wird also in diesem Fall durch die Umschaltung um

1,28 W-0,56 W = 0,72 W vermindert. Die Vorteile wurden bereits beim Fall a angegeben.

Es ergeben sich also sowohl im Fall a als auch im Fall b erhebliche Verminderungen der abzuführenden (und vorher aufzubringenden) Verlustleistungen in den Speiseschaltungen, wobei der Unterschied zwischen den beiden Fällen sehr gering ist.

In Fig.4 ist noch die Wirkung der Strombegrenzer-Zenerdioden ZX und ZY (Fig.2) eingetragen: Bei einem Kurzschluß in der Teilnehmerleitung nimmt der Strom höchstens bis zum Punkt M zu (ca. 54 mA) und

bleibt dann konstant (gestrichelte Linie).

Es ist selbstverständlich möglich, die Spannungsumschaltung der Speisestromquelle auch bei anderen als den im Ausführungsbeispiel gezeigten Speiseschaltungen vorzusehen. Die Einsparungen an Verlustleistung können aach erreicht werden, wenn die Einspeisung des Gleichstroms in die Teilnehmerleitung durch einen Koppeltransformator, durch separate Speiseinduktivitäten oder Speisewiderstände oder auf andere Weise

in erfolgt.

Hier/u 4 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verminderung der SpeisestromverlustJeistung bei Teilnehmeranschlüssen einer Nachrichtenvermittlungsanlage, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Teilnehmerleitungs-Anschlußschaltung (Fig.2 und 3) bei der zentralen Vermittlungseinrichtung mindestens ein vom Schleifengleichstrom abhängiges Steuersignal (A) erzeugt und zur Steuerung der Auswahl eines von mindestens zwei verschiedenen Versorgungsspannungswerten verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitungsanschlußschaltung sowohl ein zum Schleifengleichstrom proportionales analoges Steuersignal (A) als auch ein die Betriebszusiände »aufgelegt/abgehoben« anzeigendes binäres Steuersignal (Z) erzeugt wird; daß das analoge Steuersignal (A) mit mindestens einem Referenzwert vergehen wird, und daß beim Zustand »aufgelegt« immer die niedrigere von zwei verschiedenen Versorgungsspannungen ausgewählt und an die Speiseschaltung angelegt wird, beim Zustand »abgehoben« nur dann, wenn das analoge Steuersi- :5 gnal über dem Referenzwert liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einspeisen eines Rufwechselstromes in die Teilnehmerleitung durch das die Einspeisung bewirkende Signal (RC) auf jeden Fall in die niedrigere von zwei verschiedenen Versorgungsipannungen ausgewählt und an die Speiseschaltung angelegt wird.

4. Verfahren nach /.nspruc:, 2, dadurch gekennzeichnet, daß das analoge Steuersignal (A) mit zwei Referenzwerten (VH, VL)vergh nen wird, die einen Toleranzbereich einschließen; daß eine Umschaltung auf den niedrigeren von zwei Versorgungsipannungswerten nur erfolgt, wenn das analoge Steuersignal größer als der größere Referenzwert w ist, und daß eine Umschaltung auf den höheren von zwei Versorgungsspannungswerten nur erfolgt, wenn das analoge Steuersignal kleiner als der kleinere Referenzwert ist.

5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Teilnehmerleitungs-Anschlußschaltung zwei Speiseschaltungen (34. 35) für die beiden Einzelleitungen (a. b, 14, 15) der Teilnehmerleitung vorgesehen sind, wobei die eine Speiseschaltung mit w Masse verbunden ist, die andere dagegen mit einer Auswahlschaltung (46), die ihrerseits mit mindestens zwei Anschlüssen verschiedener Betriebsspanriungswerte ( -30 V, -48 V) der Speisegleichstromquelle verbunden ist. und daß die Auswahlschaltung Steuereingänge (47, 48, 49) aufweist und für ein aus dem Schleifenstrom abgeleitetes Steuersignal (A. /) und für das Rufsteuersignal (RC).

6. Anordnung nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahlschaltung (Fig. 3A) für fio den Fall von zwei verschiedenen Betriebsspannungen zwei Schalterelemente (Ü8, 120) aufweist, welche einerseits mit je einem anderen Betriebsspannungsanschluß der Speisegleichstromquelle verbunden sind, und andererseits gemeinsam mit dem Verbindungspunkt (50) zu einer (35) der beiden Speiseschaltungen; daß Verküpfungsschaltungen (104, 105) und eine davon gesteuerte bistabile Kippstufe (109) vorgesehen sind zur Erzeugung komplementärer Signale (111, 112) zur Steuerung der beiden Schalterelemente; daß Vergleichsschaltungen (106, 107) vorgesehen sind zum Vergleich eines aus dem Leitungsstrom abgeleiteten Signals (A) mit zwei Referenzspannungen (VH, VL) und zur Erzeugung zweier die Vergleichäergebnisse darstellender Binärsignale; und daß die Verküpfungsschaltungen mit Signaleingängen für binäre Zustandssignale (Z, RC) und mit den Binärsignalausgäugen der Vergleichsschaltungen verbunden sind und aus diesen Eingangssignajen nach gegebenen logischen Beziehungen die Steuersignale für die Schalterelemente erzeugen.

7. Anordnung naeii Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder der beiden Speiseschaltungen (34, 35) zusätzliche Schaltungsmittel (Z2, 73, R 5, ZI', TZ', R 5') vorgesehen sind, welche bewirken, daß bei einer Umschaltung des Versorgungsspannungswertes nur eine Änderung des Spannungsabfalles über den Speiseschaltungen, jedoch keine Änderung des Speisegleichstroms erfolgt.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Schaltungsmittel aus der Reihenschaltung eines Widerstandes (R 5) mit einer Zenerdiode (Z2) bestehen, die jedoch durch einen von der Kippstufe (109) gesteuerten Schalter (T3) unwirksam geschaltet werden kann.

9. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilnehmerleitungen (z. B. 14) mit der Speisespannung (z. B. Masse) über eine in Vorwärtsrichtung gepolte Diode, die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors (Ti) und einen Widerstand (R 3) verbunden sind, wobei die Basis des Transistors vom Rufsteuersignal (RC, RX) und von der Kippstufe (109, B) gesteuert wird.