DE4218845C2 - Schaltungsanordnung für einen Rufspannungsgenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für einen Rufspannungsgenerator nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In der Patentschrift DE 35 25 942 C2 ist ein Schaltnetzge­ rät beschrieben. Dieses Schaltnetzgerät enthält eine inte­ grierte Steuerschaltung, die als Impulsbreitenmodulator wirkt, dessen Funktion in Spalte 3 ab Zeile 39 beschrieben ist. Von diesem Impulsbreitenmodulator wird ein Leistungs­ schalter gesteuert, welcher taktweise die Primärwicklung eines Transformators einschaltet. Die Einschaltdauer ist dabei abhängig von der Belastung der durch die Sekundär­ wicklungen des Transformators gebildeten Gleichspannungs­ quellen. Das in der vorgenannten Schrift beschriebene Schaltnetzgerät ist ausschließlich dazu geeignet, aus einer primären Netzspannung, welche gleichgerichtet wird, oder aus einer Gleichspannung eine oder mehrere Gleichspannungen zu erzeugen. Es ist in dieser Schrift nicht angegeben, daß aus einer Netzspannung eine Wechselspannung mit anderer Frequenz oder aus einer Gleichspannung eine Wechselspannung erzeugt wird.

Eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer niederfrequen­ ten Rufspannung ist aus der Patentschrift DE 29 46 237 C2 bekannt. Damit wird eine in Nachrichtenanlagen benötigte niederfrequente Rufspannung von z. B. 25 Hz erzeugt. Dies geschieht durch einen Ruffrequenzgenerator in Verbindung mit einem Taktgeber, womit ein monostabiler Multivibrator angesteuert wird. Dieser monostabiler Multivibrator funk­ tioniert in ähnlicher Weise, wie dies bei der Schrift 35 25 942 C2 bereits beschrieben ist. Ein als Transformator fun­ gierender Wandlerübertrager besteht aus einer Primärwick­ lung, einer Vergleichswicklung und zwei sekundären Aus­ gangswicklungen. Die sekundären Ausgangswicklungen (WA2 und WA2) sind so geschaltet, daß sie jeweils Sinushalbwellen mit unterschiedlicher Polarität liefern. Die darin enthal­ tenen hochfrequenten Anteile werden durch sogenannte Aus­ gangsgleichrichter mit Tiefpässen eliminiert. Da nun die beiden niederfrequenten Halbwellen unterschiedlicher Pola­ rität an getrennten Ausgängen zur Verfügung stehen, ist ein Wechselrichter nachgeschaltet, welcher zusätzlich vom Ruffrequenzgenerator (G) gesteuert werden muß, um die beiden Halbwellen zu einem einzigen Signal zusammenzu­ führen.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist relativ aufwendig, benötigt einen Transformator mit mehr als zwei Wicklungen und hat einen ziemlich hohen Eigenstrombedarf.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Schaltungsan­ ordnung für einen Rufspannungsgenerator so zu auslegen, daß sich bei einem geringen Schaltungsaufwand eine platzspa­ rende Lösung ergibt. Durch einen niedrigen Eigenstrombedarf soll sich ein hoher Wirkungsgrad einstellen, so daß ein derartiger Rufspannungsgenerator für Endgeräte eingesetzt werden kann, welche über die Anschlußleitung mit Strom ver­ sorgt werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Merkmalskombination vor­ gesehen, wie sie im Patentanspruch 1 angegeben ist.

Damit wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß außer einem einfachen Transformator alle anderen Bestandteile der Schaltungsanordnung aus elektronischen Komponenten besteht, die sich leicht integrieren lassen, wodurch ein geringer Platzbedarf entsteht. Die Schaltungsanordnung ist so ausgelegt, daß der Eigenstrombedarf äußerst gering ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an­ hand von Zeichnungen erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 die Schaltungsanordnung des Rufstrom­ generators,

Fig. 2a die Ruffrequenz als Rechteckschwingung,

Fig. 2b die Ruffrequenz als Sinusschwingung,

Fig. 2c der Kurvenverlauf der Ausgangsspannung,

Fig. 3a die Steuerspannung für den Impuls­ breitenmodulator,

Fig. 3b die Steuerspannung für den Entlade­ transistor.

In der Fig. 1 ist dargestellt, daß eine rechteckförmige Ruffrequenz RF an den Eingang eines Tiefpasses TP herange­ führt ist. Dabei kann es sich beispielsweise um einen aktiven Tiefpaß dritter Ordnung handeln. Am Ausgang TPA des Tief­ passes ist ein Kondensator C angeschlossen. Damit wird die dort auftretende sinusförmige Ruffrequenz gleichstrommäßig entkoppelt an einen Operationsverstärker OP1 herangeführt. Am nichtinvertierten Eingang des Operationsverstärkers OP1 ist ein Spannungsteiler SP1 angeschlossen, womit der Ar­ beitsbereich des Operationsverstärkers OP1 eingestellt wird. Am invertierten Eingang dieses Operationsverstärker OP1 ist ein Spannungsteiler SP3 angeschlossen, über den eine von der Ausgangsspannung AS abhängige Steuerspannung zugeführt wird. Diese Steuerspannung wird von einem weiteren Operationsverstärker OP3 erzeugt, an dessen Eingang ein Spannungsteiler SP4 angeschlossen ist. Dieser Operationsverstärker OP3 dient als Pegelumsetzer, so daß eine für den Arbeitsbereich des erstgenannten Operationsverstärkers OP1 geeignete Spannung zur Verfügung steht, welche dem Kurvenverlauf der Ausgangsspannung AS proportional ist und als Gegenkopplung zur sinusförmigen Ruffrequenz wirkt. Der erst genannte Operationsverstärker OP1 ist mit einer Rückkopplung RK1 beschaltet. Am Ausgang dieses Operationsverstärkers OP1 erscheint ein Steuersignal, welches aus der sinusförmigen Ruffrequenz RF und einer vom Pegel der Ausgangsspannung AS abhängigen Spannung zusammengesetzt ist.

Dieses Steuersignal wird dem Steuereingang SE eines Impuls­ breitenmodulators PBN zugeführt. Dabei handelt es sich um einen integrierten Schaltkreis, welcher einen Hochfrequenz-Oszillator enthält. Mit einer davon erzeugten höheren Fre­ quenz wird am Steuerausgang SA des Impulsbreitenmodulators PBM der Einschaltzeitpunkt eines Schalttransistors ST be­ stimmt, welcher über einen Schaltwiderstand RS die Primär­ wicklung eines Transformators TR einschaltet. Die Einschalt­ dauer des Schalttransistors ST ist jeweils abhängig vom Pegel des am Steuereingang SE anstehenden Steuersignals. Durch das Übersetzungsverhältnis des Transformators TR ent­ steht dann auf der Sekundärseite eine Ausgangsspannung AS, welche eine für die Anruforgane von Endgeräten erforder­ liche Größe von z. B. 100 Volt SS haben kann. Da das Steuer­ signal SE einen sinusförmigen Verlauf hat, wird auch die Ausgangsspannung AS zu einer Sinusschwingung. Mit einer an der Sekundärwicklung des Transformators TR angeschlossenen Diode D wird dafür gesorgt, die Ausgangsspannung AS nur im positiven Bereich verläuft. Es wird durch die Diode D au­ ßerdem verhindert, daß sekundärseitig auftretende Rück­ ströme einen Einfluß auf die Primärwicklung nehmen können. Außerdem ist an der Sekundärwicklung des Transformators TR ein nicht dargestellter Tiefpaß angeschlossen, der die vom Schalttransistor ST verursachten Oberwellen sperrt.

Am Ausgang des Rufspannungsgenerators, also dort wo die Ausgangsspannung AS erscheint, ist eine Entladeschaltung angeschlossen. Diese besteht aus einem Entladetransistor ET, einem Entladewiderstand RE und einem Operationsverstär­ ker OP2, welcher eine Steuerspannung für den Entladetran­ sistor ET liefert. An den nicht invertierenden Eingang dieses Operationsverstärkers OP2 ist ein Spannungsteiler SP2 angeschlossen. Der invertierende Eingang ist über einen Widerstand RR mit dem Steuereingang SE des Impulsbreitenmo­ dulators verbunden. Über diesen Widerstand RR wird dem Ope­ rationsverstärker OP2 eine Spannung zugeführt, welche dem Steuersignal für den Impulsbreitenmodulator PBM proportio­ nal ist. Wenn diese dem Operationsverstärker OP2 zugeführte Spannung niedriger ist als eine durch den Spannungsteiler SP2 vorgegebene Schwelle, wird der Entladetransistor ET aufgesteuert, so daß über den Entladewiderstand RE ein Strom fließen kann. Dies geschieht jedoch nur dann, wenn sich bei kapazitiver Belastung des Ausgangskreises eine höhere Spannung ergibt, als dies durch den sinusförmigen Kurvenverlauf gegeben wäre. Eine kapazitive Belastung ist durch den Anschluß von Fernsprechendgeräten gegeben, welche in ihrem Anrufkreis einen Kondensator enthalten. Wenn also der sinusförmige Kurvenverlauf durch kapazitive Belastung nicht mehr gegeben wäre, wie dies in Fig. 2c gestrichelt angedeutet ist, so wird durch den Entladetransistor ET be­ wirkt, daß ein Entladestrom fließt, wodurch die Ausgangs­ spannung AS an die Sinusform herangeführt wird. Es ergibt sich dabei ein Regelkreis, wobei die Operationsverstärker OP3 und OP1 so zusammen wirken, daß das dem Steuereingang SE des Impulsbreitenmodulators PBM zugeführte Steuersignal kleiner wird. Dadurch ergibt sich, daß der Impulsbreitenmo­ dulator PBM kürzere Stromimpulse für den Schalttransistor ST liefert, so daß sich die Ausgangsspannung AS verringert.

Die Eingangsbeschaltung des Operationsverstärkers OP2 der Entladeschaltung ist so ausgelegt, daß die Entladeschaltung praktisch inaktiv bleibt, wenn keine kapazitive Last vor­ liegt. In diesem Fall folgt die Amplitude der Ausgangs­ spannung ohnehin der Sinusform, so daß nach Erreichen des positiven Höhepunktes der Sinusschwingung die Amplitude sich schneller verringert, als dies bei kapazitiver Last der Fall wäre. Diese Schaltungsanordnung kann also sowohl bei kapazitiver als auch bei rein ohmscher Belastung ange­ wendet werden.

In der Fig. 1 ist außerdem dargestellt, daß einem Ein­ schalteingang EE des Impulsbreitenmodulators PBN ein Rufin­ tervallsingal RI zugeführt wird. Der Impulsbreitenmodulator PBM wird damit ein- und ausgeschaltet, so daß die Ausgangs­ spannung AS nur dann erzeugt wird, wenn sie tatsächlich benötigt wird. Das Rufintervallsignal RI kann ein Takt sein, der alle fünf Sekunden für die Dauer einer Sekunde auftritt, wie dies für die Anrufsteuerung von Fern­ sprechendgeräten üblich ist.

In der Fig. 2a ist der rechteckförmige Verlauf der Ruffre­ quenz dargestellt. Nach dem Passieren des Tiefpasses TP er­ gibt sich an dessen Ausgang TPA eine sinusförmige Schwingung, wie sie in Fig. 2b dargestellt ist. Dabei kann es sich um eine Ruffrequenz von beispielsweise 25 Hz handeln. Wie bereits beschrieben worden ist, ist die Ruffrequenz, bzw. die davon abgeleitete Sinusschwingung, welche am Ausgang TPA des Tiefpasses TP erscheint, ein Teil des Steuersignals, welches dem Impulsbreitenmodulator PBM zugeführt wird. Daraus ergibt sich, daß der Kurvenverlauf der Ausgangsspannung AS ebenfalls sinusförmig ist, wie dies in Fig. 2c dargestellt ist. Dieser sinusförmige Verlauf der Ausgangsspannung AS könnte beeinflußt werden, durch eine kapazitive Belastung, wie dies gestrichelt dargestellt ist. Bei den Fig. 2a, 2b und 2c sind die jeweiligen Am­ plitudenhöhen nicht maßstäblich dargestellt.

Anhand der Fig. 3a und 3b wird nun beschrieben, auf welche Weise die Entladeschaltung beim Vorliegen einer ka­ pazitiven Last wirkt. In der Fig. 3a ist der Schwellwert für den Operationsverstärker OP2 dargestellt, der den Ent­ ladetransistor ET steuert. Dieser Schwellwert wird als kon­ stante Spannung durch den Spannungsteiler SP2 eingestellt. Die andere Kurve in Fig. 3a zeigt den Spannungsverlauf am Ausgang des Operationsverstärkers OP1 der das Steuersignal für den Impulsbreitenmodulator PBM liefert. Dieser Kurven­ verlauf ergibt sich auch am invertierenden Eingang des Ope­ rationsverstärkers OP2, weil dieser über einen Widerstand RR mit dem Steuersignal beaufschlagt wird. Aus diesem Kur­ venverlauf kann ersehen werden, daß die höchste Amplitude dann vorliegt, wenn die Ausgangsspannung ihren Spitzenwert hat. Entsprechend des Kurvenverlaufs der Ruffrequenz (siehe Fig. 2b) wird der Impulsbreitenmodulator PBM so gesteuert, daß nach Erreichen des Spitzenwertes die Amplitude der Aus­ gangsspannung AS wieder abnimmt. Bei einer ohmschen Be­ lastung des Ausgangskreises wird die Amplitude der Aus­ gangsspannung AS ohne weiteres dem sinusförmigen Verlauf entsprechend abnehmen, wenn die abfallende Phase einer Si­ nusschwingung vorliegt. Wenn jedoch eine kapazitive Last an den Ausgang des Rufspannungsgenerators angeschlossen ist, so kann durch Entladevorgänge die Ausgangsspannung AS nicht in dem Maße abnehmen, wie dies durch den sinusförmigen Ver­ lauf vorgegeben ist. Diese Gegebenheit ist in der Fig. 2c gestrichelt dargestellt.

Die Entladeschaltung hat nun die Aufgabe, den sinusförmigen Verlauf der Ausgangsspannung AS trotz kapazitiver Last her­ zustellen. Deshalb sind die Eingangsbeschaltungen des Ope­ rationsverstärkers OP2 so dimensioniert, daß dieser eine Ansteuerspannung an den Entladetransistor ET abgibt, wenn das Steuersignal für den Impulsbreitenmodulator PBM die durch den Spannungsteiler SP2 vorgegebene Schwelle unter­ schreitet. Der Entladetransistor ET schließt dann einen Stromkreis über den Entladewiderstand RE, so daß die zu große Ausgangsspannung AS abgebaut wird. Ein Kurzschluß der Sekundärwicklung des Transformators TR tritt dabei prak­ tisch nicht auf, weil das Steuersignal für den Impulsbrei­ tenmodulator PBM zu diesem Zeitpunkt so gering ist, daß dieser an der unteren Grenze seines Arbeitsbereiches sich befindet, so daß vom Transformator TR nur eine sehr geringe Energie abgegeben wird. Über den Entladestromkreis wird also nur die von der kapazitiven Last herrührende zu große Spannung abgebaut. Wenn das Steuersignal für den Impuls­ breitenmodulator PBM der Sinusschwingung folgend wieder an­ steigt, so wird die durch den Spannungsteiler SP2 vorgege­ bene Schwelle wieder überschritten, so daß der Entladetran­ sistor ET gesperrt wird. Mit einem Rückkoppelwiderstand RK2 wird erreicht, daß die Verstärkung des Operationsverstärkers OP2 herabgesetzt wird. Durch das Zusammenwirken der Entladeschaltung mit den das Steuersignal für den Impuls­ breitenmodulator PBM erzeugenden Operationsverstärkern OP1 und OP3 ergibt sich ein Regelnetzwerk, womit die Kurvenform der Ausgangsspannung AS bei kapazitiver Last nahezu ideal an die Sinusform angenähert wird.

Claims (6)

1. Schaltungsanordnung für einen Rufspannungsgenerator zur Rufstromversorgung von Kommunikations-Endgeräten, insbesondere Fernsprechapparate, wobei aus einer Gleichspannung eine Wechselspannung erzeugt wird, welche zum Ansteuern eines Anruforgans in einem Endgerät dient,
   dadurch gekennzeichnet,
   daß zur Rufstromerzeugung ein Impulsbreitenmodulator (PBM) vorgesehen ist, wie er in Gleichspannungswandlern verwendet wird, dessen Steuerung (SE) von einem Steuersignal angesteuert wird, welches von einem Operationsverstärker (OP1) erzeugt wird und aus einer sinusförmigen Spannung der Ruffrequenz und einer vom Pegel der Ausgangsspannung (AS) abhängigen Spannung zusammengesetzt ist,
   daß die am Steuerausgang des Impulsbreitenmodulators (PBM) erscheinenden Impulse jeweils eine solche Breite haben, wie sie zur Aufrechterhaltung einer Sinusschwingung unter der jeweiligen Belastung erforderlich ist, womit ein die Primärwicklung eines Transformators (TR) einschaltender Transistor S(ST) angesteuert wird,
   daß an die Sekundärseite des Transformators (TR) eine Diode (D) angeschlossen ist, die einen Stromfluß in negativer Richtung verhindert,
   und daß eine Entladeschaltung vorgesehen ist, die aus einem Operationsverstärker (OP2) und einem Entladetransistor (ET) besteht, womit die auf der Sekundärseite des Transformators (TR) entstehende Ausgangsspannung (AS) immer dann auf die einer Sinusschwingung analoge Form gebracht wird, wenn diese durch kapazitive Last bedingt eine höhere Amplitude hat, als die von einer Sinusschwingung vorgegebene Amplitude.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein als Pegelumsetzer arbeitender Operationsverstär­ ker (OP3) vorgesehen ist, welcher einem als Differenz­ verstärker arbeitenden Operationsverstärker (OP1) eine vom Pegel der Ausgangsspannung (AS) abhängige Steuer­ spannung so anbietet, daß diese als Gegenkopplung zur sinusförmigen Spannung der Ruffrequenz wirkt.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
   daß ein aktiver Tiefpaß (TP) vorgesehen ist, welcher aus einer rechteckförmigen Ruffrequenz (RF) eine sinusförmige Schwingung erzeugt,
   und daß der Ausgang (TP1) des Tiefpasses (TP) über einen Kondensator (C) mit dem nicht invertierenden Eingang (+) des Operationsverstärkers (OP1) verbunden ist.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
   daß der Operationsverstärker (OP2) der Entladeschaltung mit einer vom am Steuereingang (SE) des impulsbreiten Modulators (PBM) anliegenden Steuersignal abhängigen Spannung angesteuert wird, wobei ein Vergleich mit einer durch einen Spannungsteiler (SP2) vorgegebenen Schwelle stattfindet,
   und daß die Entladeschaltung immer dann aktiviert wird, wenn der durch Gegenkopplung entstehende Regelkreis in­ folge der bei kapazitiver Last zu hohen Werte der Aus­ gangsspannung (AS) seinen Regelbereich verläßt.
5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einem Einschalteingang (EE) des Impulsbreitenmodula­ tors (PBM) ein Rufintervallsignal zugeführt wird, so daß nur dann eine Rufspannung erzeugt wird, wenn ein Rufsi­ gnal benötigt wird.
6. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Sekundärseite des Transformators (TR) ein Tiefpaß vorgesehen ist, der die durch den Schalttran­ sistor (ST) entstehenden Oberwellen sperrt.