DE4014267A1 - Schaltungsanordnung zur erkennung eines in einer elektrischen leitung fliessenden stroms - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erkennung eines in einer elektrischen Leitung fließenden Stroms, bei welcher an einen in die Leitung eingeschalteten ohmschen Widerstand eine Koppelschaltung mit zwei Komparatoren angeschlossen ist, von denen in Abhängigkeit von der Richtung des in der Leitung fließenden Stroms jeweils einer anspricht, sobald ein in der Leitung fließender Strom einen vorgegebenen Schwellwert erreicht, deren Ausgänge mit einer von der Koppelschaltung galvanisch getrennten Auswerteschaltung für digitale Signale verbunden sind und die aus einer von der Koppelschaltung galvanisch getrennten Spannungsquelle gespeist werden (DE-PS 30 23 053).

Eine solche Schaltungsanordnung wird beispielsweise in der Fernsprechtechnik benötigt. Sie kann zur Feststellung verwendet werden, ob ein ausreichend hoher Schleifenstrom in einer Vermittlungsstelle oder für daran angeschlossene Endgeräte, wie beispielsweise Telefonapparate, fließt. Eine Stromerkennung wird aber auch bei der Überwachung von Fernwirksystemen und Alarmanlagen sowie bei Zusatzeinrichtungen im Telefonnetz verwendet, wie beispielsweise Anrufbeantworter, Fernkopierer und Fernmeßeinrichtungen. Von wesentlicher Bedeutung für derartige Schaltungsanordnungen ist, daß durch ihren Einsatz keine Rückwirkungen auf die zu überwachende Leitung entstehen können.

Bei der Schaltungsanordnung nach der eingangs erwähnten DE-PS 30 23 053 sind Koppelschaltung und Auswerteschaltung durch einen Übertrager galvanisch getrennt. Rückwirkungen aus der Auswerteschaltung auf die zu überwachende Leitung können nicht auftreten und es kann für die Koppelschaltung ein sehr kleiner, in die Leitung einzuschaltender ohmscher Widerstand verwendet werden. Zur Erkennung eines in der Leitung fließenden Stromes liegt in Reihe mit der Sekundärwicklung des Übertragers ein ohmscher Meßwiderstand, an den die Auswerteschaltung angeschlossen ist. Damit der gegebenenfalls über den Meßwiderstand fließende Strom ausreichend hoch ist, muß in der Koppelschaltung, in der die Primärwicklung des Übertragers liegt, ein relativ hoher Strom fließen, der durch einen mit den Ausgängen der Komparatoren verbundenen Lastwiderstand bestimmt wird. Dadurch ist der Energiebedarf dieser bekannten Schaltungsanordnung hoch. Sie benötigt außerdem für die Auswerteschaltung ein Bauteil mit Schwellwertcharakter zur Pegelumsetzung, um das am Meßwiderstand abgegriffene analoge Signal in ein digitales umsetzen zu können. Weiterhin wird für die galvanische Entkopplung von Stromversorgung und Stromerkennung das gleiche Gerät eingesetzt, nämlich der Übertrager, das hier starke Schwankungen in der Strombelastung erfährt, so daß Rückwirkungen des Sekundärkreises des Übertragers auf die Stromerkennung nicht ausgeschlossen werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderte Schaltungsanordnung so weiterzubilden, daß der in der Koppelschaltung fließende Strom klein gehalten werden kann und daß keine schaltungsbedingten Rückwirkungen auf die Stromerkennung auftreten können.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Ausgänge der beiden Komparatoren an mindestens einen, mit seiner Empfangsseite mit der Auswerteschaltung verbundenen Optokoppler angeschlossen sind.

In dieser Schaltungsanordnung ist die galvanische Entkopplung zwischen Koppelschaltung und Auswerteschaltung auf zwei voneinander unabhängige Bauteile aufgeteilt, nämlich den für die Stromerkennung eingesetzten Optokoppler einerseits und die Spannungsquelle andererseits. Der Optokoppler ist in der Koppelschaltung selbst angeschlossen. Dadurch kann der in der Koppelschaltung fließende Strom klein gehalten werden. Er muß nur groß genug sein, um den Optokoppler durchzuschalten. Da der Optokoppler unabhängig von der die Koppelschaltung versorgenden Spannungsquelle ist, können auch keine Rückwirkungen der Schaltung auf die Stromerkennung auftreten. Das vom Optokoppler gelieferte Signal steht außerdem direkt als digitales Signal zur Verfügung, so daß auch die Auswerteschaltung einfach aufgebaut sein kann.

Wenn zusätzlich die Richtung des erkannten Stromes festgestellt werden soll, kann ohne wesentlichen Mehraufwand jeder der beiden Komparatoren mit einem eigenen Optokoppler ausgerüstet werden, die dann beide mit der Auswerteschaltung verbunden sind.

Da Stromerkennung und Stromversorgung über unterschiedliche Bauteile galvanisch von der Leitung getrennt sind, kann für die Spannungsquelle auch eine Gleichspannungsquelle verwendet werden, beispielsweise ein photovoltaischer Koppler. Die Koppelschaltung kann dann noch einfacher aufgebaut werden.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 die Schaltungsanordnung nach der Erfindung. Fig. 2 einen Ausschnitt einer gegenüber Fig. 1 ergänzten Ausführungsform der Schaltungsanordnung.

Fig. 3 einen Teil der Schaltungsanordnung mit einer Änderung gegenüber den Fig. 1 und 2.

Die Erfindung wird im folgenden stellvertretend für alle anderen möglichen Anwendungsfälle für die Schleifenstromerkennung in einer Fernmeldeleitung erläutert:
Die Fernmeldeleitung ist durch die beiden mit a und b bezeichneten Adern angedeutet. An die Ader b sind eine Koppelschaltung K und eine von derselben galvanisch getrennte Auswerteschaltung A angeschlossen, die jeweils durch gestrichelte Linien umrandet sind. Der in die Fernmeldeleitung a, b eingeschaltete, als "Fühler" dienende ohmsche Widerstand, ist mit R bezeichnet.

In der Koppelschaltung K sind zwei Komparatoren 1 und 2 angeordnet, deren Eingänge durch ohmsche Widerstände so vorgespannt sind, daß über ihre Ausgänge kein Strom fließt, solange über die Fernmeldeleitung a, b kein ausreichend hoher Strom fließt. Die Funktion der Widerstände wird weiter unten noch erläutert. Die Kondensatoren C zwischen den Eingängen der Komparatoren 1 und 2 dienen der hochfrequenten Entstörung. Die beiden Komparatoren 1 und 2 sind mit entgegengesetzter Polarität an den Widerstand R angeschlossen. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind die Ausgänge der beiden Komparatoren 1 und 2 miteinander verbunden. Gespeist werden die Komparatoren 1 und 2 aus einem Übertrager 3, dessen Primärwicklung 4 in der Koppelschaltung K liegt, während seine Sekundärwicklung 5 zu der Auswerteschaltung A gehört. Er ist dort an eine schematisch angedeutete Wechselstromquelle 6 angeschlossen. Der Gleichrichter 7 dient zur Gleichrichtung des vom Übertrager 3 gelieferten Wechselstroms. Der Kondensator 20 ist der Ladekondensator für den Gleichrichter 7.

An die Ausgänge der Komparatoren 1 und 2 ist ein Optokoppler 8 mit seiner Licht erzeugenden Seite angeschlossen, die damit in der Koppelschaltung K liegt. Die Empfangsseite des Optokopplers 8 liegt in der Auswerteschaltung A. Sie liefert entsprechend dem eingezeichneten Pfeil P ein direkt auswertbares digitales Signal, wenn über die Fernmeldeleitung a, b Schleifenstrom fließt.

An die Eingänge der beiden Komparatoren 1 und 2 sind ohmsche Widerstände angeschlossen, die - wie bereits erwähnt - sicherstellen, daß über die Ausgänge der Komparatoren 1 und 2 kein Strom fließt, solange kein ausreichend hoher Schleifenstrom fließt. Die Widerstände sind außerdem so bemessen, daß über den jeweils durch dieselben gebildeten Spannungsteiler ein nur kleiner Querstrom fleißt. Für den Komparator 1 sind es die Widerstände 9 und 10 einerseits sowie die der Entkopplung dienenden Widerstände 11 und 12 andererseits. Die Widerstände 11 und 12 sind groß im Verhältnis zum Widerstand R, aber klein im Verhältnis zu den Widerständen 9 und 10. Die Verhältnisse der Widerstände R : 11 : 9 bzw. R : 12 : 10 können beispielsweise bei 1 : 100 : 10 000 liegen. Die Widerstände 9 und 10 einerseits sowie 11 und 12 andererseits werden zweckmäßig gleich groß ausgeführt. Der Widerstand R hat beispielsweise einen Wert von 5 Ohm.

Die an den Komparator 2 angeschlossenen Widerstände 13 und 14 entsprechen den Widerständen 9 und 10 des Komparators 1 und die Widerstände 15 und 16 entsprechen den Widerständen 11 und 12. Für sie gelten analog zum Komparator 1 die gleichen Größenverhältnisse.

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 ist folgende:
Es sei angenommen, daß ein Strom in Richtung des Pfeiles 17 durch die Fernmeldeleitung a, b fließt. Er erzeugt am Widerstand R beispielsweise einen Spannungsabfall in Richtung des eingezeichneten Pfeils. Dadurch wird die Spannungsdifferenz an den Eingängen des Komparators 2 aufgehoben bzw. umgekehrt, so daß über seinen Ausgang ein Strom fließt. Gleichzeitig wird die Spannungsdifferenz zwischen den Eingängen des mit entgegengesetzter Polarität mit dem Widerstand R verbundenen Komparators 1 größer, so daß dieser gesperrt bleibt. Durch den über den Ausgang des Komparators 2 fließenden Strom wird die Sendediode des Optokoppler 8 mit Strom versorgt. Sie sendet Licht aus und der Optokoppler 8 wird damit durchgeschaltet. Über den Empfänger des Optokopplers 8 fließt dann Strom, der in der Auswerteschaltung A (Pfeil P) erkannt wird.

Die gleiche Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 ist dann gegeben, wenn der Strom über die Fernmeldeleitung a, b in entgegengesetzter Richtung fließt. In diesem Fall fließt ein Strom über den Ausgang des Komparators 1 zur Sendediode des Optokopplers 8, während der Komparator 2 gesperrt bleibt.

Wenn neben der reinen Stromerkennung auch noch die Richtung des Stromes erfaßt werden soll, der über die Fernmeldeleitung a, b fließt, dann wird für jeden der beiden Komparatoren 1 und 2 ein eigener Optokoppler eingeschaltet, so wie es aus Fig. 2 im Ausschnitt zu erkennen ist. Der am Ausgang des Komparators 1 angeschlossene Optokoppler 18 liegt mit seiner Empfangsseite ebenso in der Auswerteschaltung A wie der Optokoppler 8. Die Ausgänge der beiden Komparatoren 1 und 2 sind in diesem Fall nicht miteinander verbunden.

Da die Stromerkennung von der Stromversorgung der Koppelschaltung K getrennt ist, kann statt des Übertragers 3 auch ein anderes, die galvanische Entkopplung sicherndes Bauteil eingesetzt werden. Ein solches Bauteil ist beispielsweise ein aus Fig. 3 ersichtlicher photovoltaischer Koppler 19. Da von einem solchen Koppler eine Gleichspannung geliefert wird, kann bei seinem Einsatz auf den Gleichrichter 7 verzichtet werden.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung zur Erkennung eines in einer elektrischen Leitung fließenden Stroms, bei welcher an einen in die Leitung eingeschalteten ohmschen Widerstand eine Koppelschaltung mit zwei Komparatoren angeschlossen ist, von denen in Abhängigkeit von der Richtung des in der Leitung fließenden Stroms jeweils einer anspricht, sobald ein in der Leitung fließender Strom einen vorgegebenen Schwellwert erreicht, deren Ausgänge mit einer von der Koppelschaltung galvanisch getrennten Auswerteschaltung für digitale Signale verbunden sind und die aus einer von der Koppelschaltung galvanisch getrennten Spannungsquelle gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der beiden Komparatoren (1, 2) an mindestens einen, mit seiner Empfangsseite mit der Auswerteschaltung (A) verbundenen Optokoppler (8, 18) angeschlossen sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Komparatoren (1, 2) mit ihren Ausgängen miteinander verbunden und an einen gemeinsamen Optokoppler (8) angeschlossen sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die beiden Komparatoren (1, 2) mit ihren Ausgängen getrennt voneinander jeweils mit einem Optokoppler (8, 18) verbunden sind und
• - daß beide Optokoppler (8, 18) getrennt voneinander an die Auswerteschaltung (A) angeschlossen sind.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Spannungsquelle ein photovoltaischer Koppler (19) eingesetzt ist.