DE3151142C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Speisung von in Fernmelde-, insbesondere Fernsprechanlagen, über ihre Anschlußleitung an eine Gleichspannungsquelle in der Vermittlungsstelle anschaltbare Endeinrichtungen, wobei in der jeweiligen Endeinrichtung ein mit der Anschlußleitung gekoppelter Gleichspannungs-Schaltregler, der die Versorgungsspannung für die in der Endeinrichtung enthaltenen Funktionseinheiten bereitstellt, vorhanden ist, der neben einer Induktanz und einer Diode ein mit einem Arbeitstakt in Abhängigkeit von der durch eine Vergleichsanordnung feststellbare Spannungsabweichung zwischen der bereitgestellten Versorgungsspannung und einem Sollspannungswert geschaltetes Halbleiterschaltelement aufweist.

Die Endeinrichtungen einer Fernmelde- bzw. Fernsprechanlage werden über die einen bestimmten ohmschen Widerstand aufweisende informationsübertragende Anschlußleitung gespeist, womit eine Unabhängigkeit des Betriebes von einer lokalen Stromversorgung erreicht wird. Je nach angewendeter Speisetechnik können die Speiseschaltungen in der Vermittlungsstelle unterschiedlich ausgelegt sein. Bei modernen Vermittlungssystemen, bei denen diese Speiseschaltungen Bestandteil der Teilnehmeranschlußschaltung sind, wird Wert auf Verringerung der Verlustleistung in der Speiseschaltung und auf Integrationsfähigkeit gelegt, um das Bauvolumen und die Kosten zu reduzieren. Eine Grenze für die erzielbare Packungsdichte stellt dabei die abzuführende Verlustleistung dar.

Im Zusammenhang mit der Spannungseinspeisung ist es bekannt (IBM Technical Disclosure Bulletin Vol. 17, Nr. 9, p. 2642 bis 3, Februar 1975), bei Vermittlungssystemen, in denen die Speiseschaltungen Bestandteil der Teilnehmeranschlußschaltungen sind, für die ferngespeisten Teilnehmerendeinrichtungen einen Gleichspannungswandler im Amt einzusetzen. Mit dessen Hilfe wird die Speiseleitung auf das für die betreffende Teilnehmerendeinrichtung erforderliche Maß durch Wahl der Taktfrequenz, mit der die Speisespannung der Speisebatterie getaktet wird, eingestellt. Die noch auftretende Verlustleistung wird dadurch auf den im Rahmen der sonstigen Gegebenheiten unvermeidlichen Wert reduziert.

Durch die DE-OS 28 09 138 ist es bekannt, in einer Fernsprechendeinrichtung einen Gleichspannungs-Schaltregler einzusetzen. Durch die Regelung der Eingangsimpedanz und demgemäß der Eingangsspannung kann der Wandler über ein Kabel unterschiedlicher Länge gespeist werden, wobei der Strom konstant ist, die Spannung aber mit der Kabellänge sich ändert, ohne daß der Wirkungsgrad des Wandlers nachteilig beeinflußt wird.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, bei Endeinrichtung, die über in der Regel längere Anschlußleitungen ferngespeist wird, die Leistungsaufnahme insbesondere im Ruhezustand zu minimieren.

Dies wird bei einer Anordnung der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß im Ruhezustand der jeweiligen Endeinrichtung ein Arbeitstakt hoher Impulsfolgefrequenz unwirksam geschaltet ist und während dieser Zeitspanne durch eine Impulsfolge mit einer demgegenüber wesentlich geringeren Taktfrequenz ersetzt wird, die durch einen während der anderen Betriebszustände gesperrten Spannungs-Frequenzumsetzer abgegeben wird.

Durch diese Umschaltung kann der Ruhestromwert erheblich reduziert werden. Im Arbeitszustand ist dagegen der hochfrequente Arbeitstakt erforderlich, damit der Schaltregler auf Änderungen hin schnell genug reagieren kann.

Durch die Verwendung eines Schaltreglers ergibt sich nur eine geringe Verlustleistung, so daß in der jeweiligen Endeinrichtung eine hohe Packungsdichte der Baueinheiten ermöglicht wird, ohne daß die Zuverlässigkeit durch entstehende Verlustwärme beeinträchtigt wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Im folgenden wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein aus der Vermittlungsstelle über die Anschlußleitung ferngespeistes Fernsprechgerät, das zur Versorgung seiner Einheiten einen, in seinem grundsätzlichen Aufbau gezeigten Schaltregler enthält.

Fig. 2 zeigt eine Diagrammdarstellung einzelner Spannungs- bzw. Stromverläufe an bestimmten Schaltungspunkten des Schaltreglers.

In der Fig. 1 ist mit VSt die Vermittlungsstelle bezeichnet, aus deren Amtsbatterie mit dem wirksamen Anschalten der Batteriespannung Ub das Fernsprechendgerät EG über die Anschlußleitung AL ferngespeist wird. Für das Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß es sich um ein Fernsprechendgerät handeln soll, das in digitaler Technik aufgebaut ist. Die Vermittlungsstelle ist demnach in an sich bekannter und nicht dargestellter Weise für den Empfang und für Übertragung von Nutzinformationen in Form von Sprache oder Daten und für die Signalisierung ausgerüstet. Von diesen Einheiten ist lediglich die unter anderem dem Zweidraht-Vierdraht-Übergang dienende Gabelschaltung gezeigt. Über diese, aus den Wicklungen w 1 bis w 3 und dem Kondensator C 1 aufgebauten Gabelschaltung verlaufen die zu empfangenden und zu übertragenden Informationen. Die Speisespannung wird aus der Amtsbatterie über die jeweils in einer der Adern liegenden niederohmigen Widerstände R 14 bzw. R 15 in der dargestellten Weise an die Anschlußleitung AL angeschaltet. Der Spannungsabfall an diesen als Stromfühler dienenden Widerständen wird innerhalb der Vermittlungsstelle durch eine Kontroll- und Auswerteeinrichtung KA überwacht. Überschreitet der auftretende Spannungsabfall den vorgegebenen zulässigen Maximalwert, so wird durch die Einheit KA die Öffnung des ansonsten geschlossenen, in einer symbolischen Darstellung gezeigten elektronischen Schalters ES veranlaßt. Es wird dadurch beispielsweise bei einem Kurzschlußfall schnellstens die Abschaltung der Speisung ermöglicht. Die geschilderte Stromüberwachung kann auch für die Indikation des Speiseschleifenzustandes herangezogen werden.

Von dem Fernsprechendgerät EG, das über die Anschlußleitung AL mit der Vermittlungsstelle VSt verbindbar ist, ist neben der Einheit LE der erfindungsgemäß verwendete und zwischen den eingangsseitigen Anschlußpunkten 1, 1′ und den ausgangsseitigen Anschlußpunkten 2, 2′ liegende Schaltregler in einer prinzipiellen Darstellungsweise gezeigt. Es sind Schaltungseinzelheiten nur insoweit dargestellt, als sie für das Verständnis erforderlich sind.

Unter der Voraussetzung, daß es sich bei dem Endgerät EG um ein digitales Fernsprechendgerät handelt, sollen in der Einheit BE alle diejenigen Funktionseinheiten zusammengefaßt sein, die für die Übertragung und den Empfang der Nutzinformationen bzw. für die Signalisierung notwendig sind. Im Falle der digitalen Teilnehmerstation als Endgerät handelt es sich bei den einzelnen Funktionseinheiten beispielsweise um die Steuerlogik, um den Analogteil einer Einrichtung zur Digital-Analogwandlung und Analog-Digitalwandlung (Codec) und um die übrige Steuerlogik. Eine weitere Funktionseinheit stellt die Leitungsanschalteeinheit LE, von der einige Einzelheiten gezeigt sind, dar. Sie umfaßt unter anderem die aus den Wicklungen w 4 bis w 6 und dem Kondensator C 2 bestehende Gabelschaltung sowie die Sendeeinrichtung S und die Empfangseinrichtung E. An den beiden leitungsseitigen Wicklungen des Übertragers der Gabelschaltung wird die ungeregelte Leitungsspannung für den Schaltregler abgenommen und an seine Eingangsklemme 1,1′ geführt. Mit dem im Endgerät angeordneten Schaltregler wird eine Anpassung der am Endgerät zur Verfügung stehenden Spannung Ug an die benötigte Versorgungsspannung Uv vorgenommen. Diese vom Schaltregler an den Anschlußpunkten 2 und 2′ für die elektronischen Baueinheiten bereitgestellte Versorgungsspannung ist wesentlich kleiner als die Spannung Ug und kann beispielsweise 5 Volt betragen.

Das im Ausführungsbeispiel vorgesehene digitale Fernsprechendgerät hat mehrere Betriebszustände, die jeweils durch die Wirksamschaltung bzw. den Bereitschaftszustand von spezifischen Funktionseinheiten und den dadurch bedingten unterschiedlichen Strombedarf gekennzeichnet sind. So besteht beispielsweise im Ruhezustand bei aufgelegtem Handapparat zwischen dem digitalen Fernsprechendgerät und der Vermittlungsstelle keine Sprach- und Signalisierungskanalanschaltung. Um im Fall einer Tastenbetätigung bzw. des Abhebens des Hörers durch einen Teilnehmer ein rasches Aufsynchronisieren auf die Taktphase der Vermittlung zu ermöglichen, werden lediglich die Synchronisier- und Signalisierbits zum Fernsprechendgerät gesendet. In diesem Zustand ist also für die Aufrechterhaltung der Funktionsbereitschaft sowie zur Sicherung von gespeicherten Daten für die hier maßgebenden Funktionseinheiten die Versorgungsspannung zur Verfügung zu stellen. Durch die Wirkung des Schaltreglers bedingt, ist der im Ruhezustand über die Leitung fließende Strom äußerst gering. Weitere Betriebszustände sind der sogenannte Signalisierungszustand und der Belegungszustand, für den wegen der bei der Sprachübertragung eingeschalteten zusätzlichen Verbrauchern der höchste Strombedarf anzusetzen ist.

Außer der Einheit BE stehen die in der Fig. 1 für das Fernsprechendgerät EG dargestellten Bauelemente bzw. Baueinheiten mit der Schaltreglerfunktion bzw. mit vorgesehenen Überwachungsfunktionen unmittelbar im Zusammenhang. Um den Leistungsbedarf möglichst gering zu halten sollen die einzelnen Einheiten durch beispielsweise in MOS-Technologie integrierte Schaltkreise verwirklicht sein. Neben einem hohen Wirkungsgrad ist für den zur Spannungseinspeisung vorgesehenen Schaltregler ein mindestens zwischen der Hälfte der minimalen und dem maximalen Wert der Speisebatterie-Spannung liegender Eingangsspannungsbereich notwendig.

Mit dem wirksamen Anschalten der Speisespannung in der einspeisenden Einrichtung, beispielsweise der Vermittlungsstelle VSt, wird der Kondensator C 3 aufgeladen und im Verlauf dieses Aufladevorganges der Transistor T 1 durchgeschaltet. Die Zenerdiode D 4 dient dazu, den Ladevorgang des Kondensators C 3 zu ermöglichen und hat gleichzeitig eine Schutzfunktion für den Transistor T 1 gegen zu hohe Gate-Source-Spannungen. Der Kondensator C 4 lädt sich bis zu einer für die normale Funktion der vorhandenen Steuerschaltung des Schaltreglers ausreichenden Spannung auf. Damit setzen dann die taktgebundenen Steuervorgänge ein. Die Diode D 5 dient dazu, die Spannung am Kondensator C 3 zu reduzieren falls sich die Spannung zwischen den Anschlußklemmen 1 und 1′ verkleinert. Ist der erforderliche Wert der Versorgungsspannung erreicht, so wird ein weiterer Anstieg durch eine noch zu erörternde Überwachungsschaltung UG unterbunden. Damit setzt dann gleichzeitig der taktgebundene Funktionsablauf der Schaltregleranordnung ein. Abhängig vom Betriebszustand der Endeinrichtung EG dient in Verbindung mit einer die entstehende Versorgungsspannung mit einer Sollspannung vergleichenden Anordnung entweder ein Spannungs-Frequenzumsetzer SF oder ein durch einen Taktgeber TG gesteuerter Pulsbreitenmodulator PM als Steuerschaltung für den Schalttransistor T 1. Dieser Schalttransistor bestimmt den Stromfluß durch die Induktanz L des Schaltreglers. Im Ruhezustand des Fernsprechendgerätes wird der Taktgeber TG durch geeignete Ansteuerkriterien in der Weise beeinflußt, daß die Abgabe eines Steuertaktes an seinem Ausgang TA unterbleibt. Mit dem Ausbleiben der Taktimpulsfolge am Ausgang TA wird der in den anderen Betriebszuständen, nämlich den Signalisierungszustand und den Belegungszustand für die Erzeugung der Steuerimpulse maßgebende Pulsbreitenmodulator PM gesperrt und gleichzeitig der Spannungs-Frequenzumsetzer SF über den Inverter I 1 freigegeben. Beim Übergang vom Ruhezustand in einen der beiden anderen genannten Betriebszustände ist es genau umgekehrt. Die Steuersignale, die für diese wechselseitige Wirksamschaltung notwendig sind, werden von einem Taktdetektor TD abgegeben. Da der Taktgeber TG nicht in eine definierte Ausgangslage gebracht wird, werden durch den Taktdetektor TD beide Flanken eines Taktimpulses bewertet. Dies erfolgt durch die jeweils aus der Diode D 2, dem Widerstand R 11 und dem Kondensator C 7 bzw. aus der Diode D 3, dem Widerstand R 12 und dem Kondensator C 8 bestehenden Auswertezweige, die mit je einem Eingang des Exklusiv-Oder-Gatters G 1 gekoppelt sind. Je nachdem ob der Taktgeber TG wirksam oder unwirksam gesteuert ist, liefert dieses Gatter ein bestimmtes logisches Ausgangssignal, das dann als Freigabesignal oder als Sperrsignal für die Einheiten SF bzw. PM herangezogen wird.

Liegt ein vom Ruhezustand abweichender Betriebszustand des Fernsprechendgerätes EG vor, so liefert bei Betrachtung des eingeschwungenen Zustandes der Pulsbreitenmodulator PM impulsbreitengesteuerte Ansteuerimpulse für den Schalttransistor T 1, da er aufgrund des vom Taktdetektor TD gelieferten Signals betriebsfähig geschaltet ist. Die Regelung der Impulsbreite der vom Taktgeber TG gelieferten Arbeitstaktimpulse wird durch den Transistor T 6 bewirkt. Dieser Transistor dient anstelle eines ansonsten vorhandenen ohmschen Widerstandes in Verbindung mit dem Kondensator C 10 als zeitbestimmende Kombination für die mit diesen eine monostabile Stufe bildenden Einheit M 1. Der Steuereingang dieser Kippstufe wird über die Gatter G 2 und G 3 mit den vom Taktgeber TG abgegebenen Taktimpulsen beaufschlagt, wobei jeweils eine vorgegebene Flanke zum Setzen der Kippstufe dient. Mit der gleichen Flanke wird eine weitere monostabile Kippstufe getriggert, die bis auf die aus dem Kondensator C 9 und dem Widerstand R 13 bestehende zeitbestimmende Kombination aus der mit der Einheit M 1 gleichartig aufgebauten Einheit M 2 gebildet ist. Die Aussteuerung des Transistors T 6, die jeweils einen bestimmten äquivalenten Widerstandswert bedingt, erfolgt durch die von der bereits erwähnten Vergleichsanordnung V abgegebenen Steuerspannung. In dieser Vergleichsanordnung wird die am Kondensator C 4 entstehende Versorgungsspannung Uv mit dem für diese Spannung vorgegebenen Sollwert in Beziehung gesetzt und bei einer Abweichung nach oben oder unten eine Steuerspannung erzeugt. Dies erfolgt mit Hilfe eines Integrators, der aus dem Operationsverstärker O 1, dem Widerstand R 3 und dem Kondensator C 5 gebildet wird. Der Sollwert der Versorgungsspannung ist durch Zenerdiode D 1 in Verbindung mit dem Widerstand R 4 vorgegeben und liegt am nichtinvertierenden Eingang des Opeationsverstärkers O 1 an. Am Spannungsteiler R 1/R 2 wird eine Teilspannung der geregelten Ausgangsversorgungsspannung abgegriffen, mit der dann über den Widerstand R 3 der invertierende Eingang des Operationsverstärkers beaufschlagt wird. Der Integratorausgang liefert eine sich in Abhängigkeit von der entstehenden Versorgungsspannung ändernde Ansteuerspannung für den zur Regelung der Impulsbreite verwendeten Transistor T 6 des Pulsbreitenmodulators PM. Darüber hinaus dient die Ausgangsspannung des Integrators in gleicher Weise zur Steuerung des Spannungs-Frequenzumsetzers SV, wenn dieser im Ruhezustand des Fernsprechendgerätes freigegeben ist.

Diejenigen Einheiten, die die Steuerschaltung des Schaltreglers bilden, sollen möglichst verlustarm sein. Für die Integration der Funktionseinheiten im gesamten oder ihrer Teileinheiten wird deshalb zum Beispiel die C-MOS- Technologie zugrunde gelegt. Da bei einer in dieser Technologie integrierten und einer monostabilen Kippstufe mitbildenden Einheit die Impulsbreite des von diesem gelieferten Ausgangssignals nicht wie dies wünschenswert ist, bis auf Null geregelt werden kann, wird deshalb im Ausführungsbeispiel im Pulsbreitenmodulator PM eine weitere mit M 1 gleichartige integrierte Stufe M 2 verwendet, die in Verbindung mit dem Kondensator C 9 und dem Widerstand R 13 als äußere Beschaltung eine zusätzliche monostabile Kippstufe bildet. Die beiden Kippstufen werden von der gleichen Flanke des ansteuernden Taktimpulses getriggert. Der Regelbereich für die durch die Einheit M 1 mitgebildete erste monostabile Kippstufe kann so bemessen sein, daß die Impulsbreite des abgegebenen Ausgangsimpulses beispielsweise im Bereich unter einer Mikrosekunde bis zwei Mikrosekunden liegt. Die andere monostabile Kippstufe soll beispielsweise jeweils einen Ausgangsimpuls mit einer konstanten Impulsbreite von einer Mikrosekunde liefern. Dabei können die steuernden Taktimpulse des Taktgebers TG eine Frequenz von z. B. 256 Kilohertz aufweisen. Die impulsbreitenmodulierten Ausgangsimpulse des Pulsbreitenmodulators PM entsprechen dann der Differenz der von jeder monostabilen Kippstufe abgegebenen Impulse.

Dies wird durch eine mit ihrem Ausgang verbundene Gatterkombination erreicht, die aus den beiden Invertern I 2 und I 3, sowie aus den NOR-Gattern G 4 und G 5 sowie dem Exklusiv- ODER -Gatter G 6 gebildet wird. Die am Ausgang dieses Gatters G 6 entstehenden Impulse sind demnach in Abhängigkeit von der Belastung durch Funktionseinheiten des Fernsprechendgerätes bzw. in Abhängigkeit von der sich daraus ergebenden Veränderung der Versorgungsspannung Uv impulsbreitenmoduliert. Sie steuern den Transistor T 1, der in Verbindung mit der Induktanz L und der notwendigen Diode in Form eines Transistors T 2 und dem Kondensator C 4 als speicherndes Schaltglied, einen wesentlichen Bestandteil des Schaltreglers bildet. Zur Erläuterung der insbesondere im Zusammenhang mit diesen zuletzt genannten Schaltelementen stehenden Funktionsweise des Schaltreglers werden die Diagramme nach der Fig. 2 herangezogen. Unter der Voraussetzung, daß ein vom Ruhezustand abweichender Betriebszustand des Fernsprechendgerätes vorliegt, entstehen am Ausgang des Gatters G 6 die in der Zeile a dargestellten impulsbreitenmodulierten Impulse. Dies ist für den zwischen den Zeitpunkten t 1 und t 2 anstehenden Steuerimpuls durch den Doppelpfeil angedeutet. Im übrigen beziehen sich die Diagramme nach der Fig. 2 auf einen stationären Zustand des Schaltreglers. Mit jedem Ansteuerimpuls gemäß Zeile a wird der Transistor T 1 durchgeschaltet und es liegt an der Induktanz L eine wertmäßig der Differenz zwischen der ungeregelten Eingangsspannung und der erzeugten Versorgungsspannung entsprechende Spannung an. In Zeile b der Fig. 2 ist schematisch der sich aus den Ansteuerimpulsen gemäß Zeile a ergebende Stromverlauf über den Transistor T 1 dargestellt. Mit I _{T 1} ist der sich über eine Periode T₀ darstellende Mittelwert bezeichnet, der dem über die Leitung gezogenen Stromwert I _S entspricht. Die durch die dargestellte Impulsform zu bildende Fläche Q 1 entspricht der durch das Produkt aus dem Mittelwert des Stromes und der Periodendauer darzustellenden Fläche Q 2.

Die genannten Flächen sind durch unterschiedliche Schraffuren gekennzeichnet.

Zum Zeitpunkt t 2 wird der Transistor T 1 gesperrt. Das während der Zeitdauer der Ansteuerimpulse, also beispielsweise während der durch die Zeitpunkte t 1 und t 2 vorgegebenen Zeitspanne wachsende Magnetfeld, wird in der nachfolgenden Pausenzeit abgebaut. Während dieser Zeitspanne wechselt die in den Wicklungen der Spule induzierte Spannung die Polarität. Dies ist schematisch in der Zeile c der Fig. 2 dargestellt. Bezogen auf die erste dargestellte Periode liegt dann vom Zeitpunkt t 2 bis zum Zeitpunkt t 3 die Induktanz an einer konstanten Spannung, die sich aus der erzeugten Versorgungsspannung abzüglich der Spannung ergibt, die an dem als Diode verwendeten Transistor T 2 in Durchlaßrichtung entsteht. Der Strom i _{T 2} durch den als Diode verwendeten Transistor T 2 ist in Zeile d der Fig. 2 dargestellt.

Durch den als Diode eingesetzten Transistor T 2 wird im Vergleich zur Verwendung einer normalen Diode die Verlustleistung herabgesetzt. Für den Transistor T 2 wird in gleicher Weise wie für die Transistoren T 1 bis T 5 ein in MOS-Technologie integrierter Feldeffekttransistor benutzt. Das Steuersignal für den als Diode verwendeten Transistor T 2 wird durch die dargestellte Sekundärwicklung der Induktanz L erzeugt, da in der durch t 3 und t 2 vorgegebenen Zeitspanne, in der also die im Schaltregler zu verwendende Diode leitend zu steuern ist, die in der Wicklung der Induktanz L induzierte Spannung ihre Polarität wechselt. Für den Transistor T 2 kann anstelle eines N-Kanal-Transistors auch ein P-Kanal-Transistor gewählt werden. Die Ansteuerschaltung ist dann entsprechend anzupassen.

In der Zeile e des Diagramms nach der Fig. 2 ist für drei Periodenzeiten der Stromverlauf durch die mit dem Schalttransistor T 1 in Reihe liegende Primärwicklung der Induktanz L gezeigt. Es ist in gleicher Weise wie bei dem Diagramm nach der Zeile d der für eine Periodenzeit sich ergebende Mittelwert I _L dargestellt. Dieser Mittelwert folgt aus der Gleichheit der Flächen Q 5 und Q 6. Für die Mittelwertbildung des Stromes I _{T 2} der Zeile d sind die wiederum als gleich groß anzusetzenden Flächen Q 3 und Q 4 maßgebend.

Der Mittelwert I _L entspricht der Summe der Mittelwerte I _{T 2} und I _{T 1}. Aus der speisenden Quelle in der Vermittlungsstelle VS wird über die Leitung lediglich der Strom I _S =I _{T 1} gezogen. Für die als Verbraucher anzusehenden Einheiten des Fernsprechendgerätes die in dem jeweiligen Betriebszustand wirksam geschaltet sind, wird demgegenüber eine höhere Stromaufnahme ermöglicht. Infolge der mit einem Gleichstromtransformator zu vergleichenden Wirkung des im Fernsprechendgerät eingesetzten Schaltreglers ist der von der einspeisenden Quelle gezogene Strom mehrfach kleiner, als die Stromaufnahme im Fernsprechendgerät. Dies erklärt sich aus der Tatsache, daß die den jeweiligen Verbrauchswiderständen gelieferte Leistung kleiner ist als die über die Anschlußleitung gelieferte Leistung. Die an den Leitungsanschlüssen des Fernsprechendgerätes maximal angebotene Leistung entspricht dem Verhältnis aus dem Quadrat der halben Batteriespeisespannung zu dem Leitungswiderstand. Die in der Endeinrichtung verfügbare Versorgungsleistung ergibt sich daraus durch Multiplikation mit dem Wirkungsgrad des Schaltreglers. Bei Verwendung eines Schaltreglers ist gegenüber anderen Speisetechniken die beste Näherung an die über den ohmschen Leitungswiderstand maximal übertragbare Leistung erreichbar. Gemäß Zeile f der Fig. 2 entsteht durch die über den Schalttransistor T 1 und die Induktanz ermöglichten Ladevorgänge am Kondensator C 4 beispielsweise eine positive Versorgungsspannung Uv, die einen Spannungswert von z. B. 5 Volt aufweisen kann. Dieser Spannungswert kann wie dies in der Zeile f angedeutet ist, geringfügig in der Größenordnung von einigen Millivolt schwanken. Dies ist jedoch für die Funktion der digitalen Baueinheiten nicht störend. Sollte für einzelne Baueinheiten eine negative Versorgungsspannung erforderlich sein, so könnte diese in bekannter Weise durch einen entsprechend ausgelegten Zusatzbaustein erzeugt werden. Als Bezugspotential für die in Fig. 2 dargestellten Spannungsverläufe dient der Potentialzustand des Schaltungspunktes 2′ der Fig. 1, dem beispielsweise der Spannungswert Null-Volt zugeordnet ist.

Der im Fernsprechendgerätds eingesetzte Schaltregler liefert ständig die Versorgungsspannung für die größtenteils integrierten Einheiten des Endgerätes. Ist dieses im Ruhezustand, so wird wie bereits erwähnt, die taktgebende Einheit TG unwirksam geschaltet und mit dem Ausbleiben der steuernden Taktimpulse mittels des daraufhin vom Taktdetektor TD erzeugten Signals der Pulsbreitenmodulator PM gesperrt und der Spannungs-Frequenzumsetzer SF aktiviert. Die Indikation für den jeweiligen Ruhezustand kann durch die Überwachungsschaltung Ug erfolgen, die über eine mit ihr gekoppelte auswertende Einrichtung IS die taktgebende Einheit TG entsprechend beeinflussen kann.

Die vom Spannungs-Frequenzumsetzer gelieferten Steuerimpulse für den Schaltregler haben bei freilaufender und sich abhängig von der Belastung einstellender Schaltfrequenz eine konstante Impulsbreite von beispielsweise einer Mikrosekunde. Die Steuerinformationen für den Spannungs- Frequenzumsetzer SF liefert in gleicher Weise wie dies für die Steuerung des Pulsbreitenmodulators PM bereits geschildert wurde, die Vergleichsanordnung V. Der mit dem Ausgangssignal dieser Vergleichsanordnung beaufschlagte Transistor T 3 dient in Verbindung mit dem Widerstand R 8 als invertierende Stufe für das gelieferte analoge Steuersignal. Mit dem über den Transistor T 3 gewonnenen Signal wird der als steuerbare Stromquelle eingesetzte Transistor T 4 ausgesteuert. Der Stromfluß über diesen Transistor lädt den Kondensator C 6. Solange die Spannung am Kondensator C 6 unter der Schwellspannung des Schmitt-Triggers ST bleibt, ist der Transistor T 5 gesperrt und der Ausgang des Schmitt-Triggers gibt ein bestimmtes logisches Zustandssignal, beispielsweise Logikpotential Null ab. Erreicht die Spannung am Kondensator C 6 die untere Schwellspannung des Schmitt-Triggers, so ändert er seinen Ausgangszustand und nimmt einen dem anderen Logikpotential entsprechenden Ausgangswert an. Dadurch wird der Transistor T 5 durchgeschaltet und der Kondensator C 6 dabei entladen. Dadurch ändert der Schmitt- Trigger ST wiederum seinen Ausgangszustand, wodurch der Transistor T 5 gesperrt wird. Dies hat dann eine Wiederholung des beschriebenen Vorganges zur Folge. Dadurch erhält man am Ausgang des Spannungs-Frequenzumsetzers SF eine vom analogen Ausgangssignal der Vergleichsanordnung V gesteuerte Impulsfolge. Die einzelnen Impulse dieser Impulsfolge müssen eine konstante vorgegebene Impulsbreite erhalten. Diesem Zweck dient die in Verbindung mit dem Kondensator C 9 und dem Widerstand R 13 eine monostabile Stufe bildende Einheit M 2, die von diesen Ausgangsimpulsen über das Exklusiv- ODER -Gatter G 3 angesteuert wird. Die Ausgangsimpulse konstanter Impulsbreite dieser monostabilen Stufe erscheinen über den Inverter I 3 und das NOR-Gatter G 5 am Ausgang des Exklusiv- ODER -Gatters G 6. An dem nicht mit dem Inverter I 3 verbundenen anderen Eingang des Gatters G 5 liegt das vom Taktdetektor TD abgegebene und das Gatter G 5 freigebende Signal an. Somit können die Ausgangssignale konstanter Breite der monostabilen Stufe als Ansteuersignale für den Transistor T 1 am Ausgang des Gatters G 6 entstehen. Es wird in der bereits geschilderten Wirkungsweise dadurch eine konstante Versorgungsspannung Uv im Ruhezustand des Fernsprechendgerätes erzeugt.

Die Überwachung UG spricht in bestimmten, sich im normalen Betriebsablauf einstellenden oder bewußt erzeugten Betriebszuständen an. Im nicht aktivierten Zustand der Überwachung entsprechen die Ausgangsspannungen der in der Überwachungsanordnung enthaltenen und als Komparatoren geschalteten Operationsverstärker O 2 und O 3 dem für das Logikpotential vorgegebenen Wert von z. B. Null Volt. Jeweils ein Eingang der Operationsverstärker wird mit dem analogen Ausgangssignal des die Vergleichseinrichtung V mitbildenden Komparators beaufschlagt. Diese Spannung kann aufgrund einer entsprechenden Dimensionierung dieser Vergleichsanordnung zwischen dem 0,1-fachen und 0,9-fachen der erzeugten Versorgungsspannung Uv liegen. Der Integrator kann bei den für das Fernsprechendgerät EG leitungsseitig auftretenden Eingangsspannungen zwischen der maximalen und der halben minimalen Speisebatteriespannung die bei normaler Stromaufnahme auftretende Veränderung der erzeugten Versorgungsspannung ausgleichen. Es gibt Fälle, bei denen dies nicht mehr möglich ist und die erzeugte Ausgangsspannung geringfügig den vorbestimmten und durch die Zenerdiode D 1 festgelegten Wert übersteigt. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn bei einer längeren Anschlußleitung AL sich die Stromaufnahme der mit der erzeugten Ausgangsspannung zu versorgenden Funktionseinheiten verringert. Dadurch wird im stärkeren Maße der über die Anschlußleitung AL fließende Leitungsstrom verkleinert. Aufgrund des dadurch bedingten kleineren Spannungsabfalls auf dem ohmschen Leitungswiderstand steigt die Spannung am leitungsseitigen Eingang des Fernsprechendgerätes an. Der Kondensator C 3 lädt sich auf diesen Spannungswert auf.

Bei dieser Umladung des Kondensators C 3 würde ohne besondere Maßnahmen der Transistor T 1 durchgeschaltet. Damit würde unerlaubter Weise durch die zusätzliche Aufladung des Kondensators C 4 die erzeugte Versorgungsspannung Uv ansteigen. Um dies zu vermeiden, wird in einem solchen Fall der aus dem Operationsverstärker O 3 bestehende Komparator aktiviert. Dieser ändert seinen Ausgangszustand beispielsweise von Null-Volt auf den Wert der Versorgungsspannung Uv, so daß über den Widerstand R 9 der Transistor T 7, in dessen Kollektorkreis der Widerstand R 10 angeordnet ist, aufgesteuert wird. Damit wird auch der Transistor T 8 leitend, so daß dadurch der Transistor T 1 gesperrt wird und somit die erzeugte Versorgungsspannung nicht weiter ansteigen kann. Damit ist wiederum der Übergang in den normalen Betriebsfall möglich und der Komparator schaltet aufgrund der geänderten Bezugswerte seinen Ausgang in den ursprünglichen Zustand. Die Transistoren T 7 und T 8 sind dann, wie dies für den Normalfall vorgesehen ist, gesperrt.

Bei einem Ausfall der Fernspeisung bzw. bei einer Unterbrechung der Speiseschleife wird die Überwachungsanordnung UG gleichfalls aktiviert. Wenn die Spannung am leitungsseitigen Anschluß des Fernsprechendgerätes EG sinkt, verringert sich die Ausgangsspannung des in der Vergleichsanordnung V enthaltenen Integrators. Damit erhöht sich je nach vorliegendem Betriebszustand entweder die Frequenz der vom Spannungs-Frequenzumsetzer abgegebenen Impulsfolge oder die Breite der vom Pulsbreitenmodulator PM beeinflußten Taktimpulse. Beim Unterschreiten des im Normalzustand in der gezeigten Weise durch die Widerstände R 5 bis R 7 festgelegten Bezugswertes für den als Komparator geschalteten Operationsverstärker O 2 ändert sich sprunghaft sein Ausgangsspannungswert. Sein Ausgang kann beispielsweise vom Spannungswert Null auf den Wert der Versorgungsspannung Uv geändert werden. Es kann somit die im Zusammenhang mit einer Unterbrechung der Fernspeisung auftretende geringste Unterschreitung des vorgegebenen Sollwertes signalisiert werden. Dies ist durch das Informationssignal In 2 angedeutet, das einer auswertenden Einrichtung IS in gleicher Weise wie das vom zuerstgenannten Komparator gelieferte Ausgangssignal In 1 zugeführt wird. Durch die Einheit IS können dann notwendige Folgefunktionen veranlaßt werden. Durch das Informationssignal In 2 kann beispielsweise bewirkt werden, daß bestimmte Informationen, die in entsprechende Speichereinheiten des Fernsprechendgerätes abgelegt sind, zur Datensicherung in einen anderen Speicher geeigneter Art übertragen werden. Die durch die Ausgangssignale der Komparatoren möglichen Indikationen können auch für eine zusätzliche Signalisierung herangezogen werden. Unter der Voraussetzung, daß beispielsweise im Ruhezustand des Fernsprechendgerätes nur ein geringer Teil der vorhandenen Baueinheiten wirksam geschaltet sind, können die bei einem beabsichtigten Aufbau einer Verbindung von der Vermittlungsstelle zu dem betreffenden Fernsprechendgerät die notwendigen zusätzlichen Einheiten durch eine solche Signalisierung betriebsbereit geschaltet werden. Um diese Betriebsbereitschaltung zu ermöglichen, kann beispielsweise in der Vermittlungsstelle eine kurzzeitige Unterbrechung der Speiseschleife vorgenommen werden. Zur Vermeidung von Störungen durch aufgeladene Leitungskapazitäten können mit dem Abschalten der Speisespannung vermittels eines elektronischen Schalters die beiden Leitungsadern kurzgeschlossen werden. Nach einer kurzen Unterbrechung wird die Speisespannung wieder wirksam angeschaltet. Die vorgenommene Unterbrechung wird in der bereits geschilderten Weise durch die Überwachungsanordnung UG dadurch registriert, daß vom Ausgang des als Komparator geschalteten Operationsverstärkers O 2 ein entsprechendes Indikationssignal In 2 an die auswertende Einheit IS geliefert wird. Aufgrund dieses Signals kann dann veranlaßt werden, daß die für den Sprechzustand notwendigen Einheiten betriebsbereit geschaltet werden. Geht man von einem Ruhezustand aus, so kann dadurch unter anderem der Taktgeber TG aktiviert werden, so daß mit dem Auftreten der Taktimpulse die bereits geschilderte Umschaltung auf Pulsbreitenmodulation vorgenommen wird.

Vor einem Aufbau einer Verbindung vom Fernsprechendgerät zur Vermittlungsstelle ist gleichfalls die Umschaltung vom Ruhezustand, bei dem eine äußerst geringe Stromaufnahme möglich ist in einen der beiden anderen Betriebszustände vorzunehmen. Dies kann durch ein logisches Signal erfolgen, das mit der Eingabe des gewünschten Betriebszustandes ausgelöst wurde. Die gewünschte Verbindung zur Vermittlungsstelle kann dann beispielsweise durch die gegenüber dem Ruhezustand erhöhte Stromaufnahme in der Vermittlungsstelle erkannt werden.

Claims (10)

1. Schaltungsanordnung zur Speisung von in Fernmelde-, insbesondere Fernsprechanlagen über ihre Anschlußleitung an eine Gleichspannungsquelle in der Vermittlungsstelle anschaltbare Endeinrichtungen, wobei in der jeweiligen Endeinrichtung ein mit der Anschlußleitung gekoppelter Gleichspannungs-Schaltregler, der die Versorgungsspannung für die in der Endeinrichtung enthaltenen Funktionseinheiten bereitstellt, vorhanden ist, der neben einer Induktanz und einer Diode ein mit dem Arbeitstakt in Abhängigkeit von der durch eine Vergleichsanordnung feststellbare Spannungsabweichung zwischen der bereitgestellten Versorungsspannung und einem Sollspannungswert geschaltetes Halbleiterelement aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß im Ruhezustand der jeweiligen Endeinrichtung ein Arbeitstakt hoher Impulsfolgefrequenz unwirksam geschaltet ist und während dieser Zeitspanne durch eine Impulsfolge mit einer demgegenüber wesentlich geringeren Taktfrequenz ersetzt wird, die durch einen während der anderen Betriebszustände gesperrten Spannungs-Frequenzumsetzer (SF) abgegeben wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungs-Frequenzumsetzer (SF) durch die in Abhängigkeit von der auftretenden Abweichung vom Sollwert der vorgesehenen Versorgungsspannung (Uv) erzeugte Steuerspannung (Ausgang des Operationsverstärkers O 1) gesteuert wird und in Abhängigkeit davon in ihrer Frequenz veränderbare Steuerimpulse konstanter Breite für das Halbleiterschaltelement (T 1) als Arbeitstakt abgeleitet werden.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Bestandteil des Schaltreglers vorhandene Diode durch ein weiteres steuerbares Halbleiterschaltelement (T 2) gebildet wird.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Halbleiterschaltelement (T 2) durch die Spannung, die an der Sekundärwicklung geeigneter Polung der den Schaltregler mitbildenden Induktanz (L) entsteht, gesteuert wird.

5. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Halbleiterschaltelemente (T 1, T 2) in MOS-Technologie hergestellte Feldeffekttransistoren darstellen.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Schaltregler bereitgestellte Ausgangsspannung gleichzeitig als Speisespannung für die ihn mitbildenden Funktionseinheiten (z. B. VSF, PM, UG, TD, TG) bzw. Funktionselemente herangezogen wird, wobei mit der wirksamen Anschaltung der Speisespannung (ES in VSt) die Durchschaltung des Halbleiterschaltelementes (T 1) sichergestellt ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherstellung der Durchschaltung des Halbleiterschaltelementes (T 1) durch Ladevorgänge eines Kondensators (C 3) über den die das Halbleiterschaltelement steuernden Taktimpulse zugeführt werden, erfolgt.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Arbeitstakt eine der bei einem digitalen Fernsprechendgerät verwendeten Übertragungsfrequenz unmittelbar bzw. Teilen oder Vielfachen davon entsprechende Frequenz gewählt ist.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Ausgangsspannung des Schaltreglers bewertende Überwachungsanordnung (UG) vorgesehen ist und daß diese bei einer in der speisenden Vermittlungsstelle (VSt) zum Zwecke der Signalisierung vorgenommenen kurzzeitigen Unterbrechung der Einspeisung ein entsprechend auswertbares Ausgangssignal (In 2) abgibt.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsanordnung (UG) weiterhin so ausgelegt ist, daß eine ansteigende Leitungseingangsspannung ein Steuersignal (In 1) bewirkt, durch das vermittels eines damit durchgesteuerten Transistorschalters (T 8), das den Schaltregler mitbildende Halbleiterschaltelement (T 1), sperrbar ist, so daß eine ansteigende Ausgangsspannung des Schaltreglers vermieden wird.