DE4338863C2 - Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Wechselspannung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Wechselspannung in einem ferngespeisten elektronischen Gerät, das über eine Anschlußleitung, über die nachrichtentechnische Signale als digitale Signale übertragen werden, an eine Gleichspannung angeschlossen ist, bei welcher an das Gerät mindestens ein externer Verbraucher angeschlossen ist und bei welcher in dem Gerät eine Elektronik mit einem Steuerglied und ein Rufspannungsgenerator angeordnet sind, an dessen Ausgang ein den Momentanwert der von demselben gelieferten Spannung als Istwert erfassender Spannungsteiler angeschlossen ist, mit dessen Teilerpunkt ein Komparator verbunden ist, dem als Sollwert eine Referenzspannung zugeführt wird und der an das Steuerglied angeschlossen ist (DE-OS 41 04 809).

Mit digitalen Kleinkanal-Systemen für analoge Teilnehmerschnittstellen wird die Mehrfachausnutzung von Anschlußleitungen ermöglicht. Bei diesen Systemen ist ein elektronisches Gerät mit geeigneten Übertragungskomponenten auf der Vermittlungsseite angeordnet. Ein zweites Gerät ist auf der Teilnehmerseite angebracht. Die beiden Geräte sind durch eine Zweidrahtleitung miteinander verbunden, über welche die zu übertragenden Nachrichten als digitale Signale übertragen werden. Die digitale Übertragung erlaubt beispielsweise im sogenannten PCM 4-System den Anschluß von vier unabhängigen Teilnehmern an eine Vermittlungsstelle. Es werden mit diesen Systemen mindestens zwei aber auch mehr als vier Teilnehmer mit der Vermittlungsstelle verbunden. Dabei müssen die bei den Teilnehmern installierten Geräte von der Vermittlungsstelle aus ferngespeist werden. Die Fernspeiseleistung ist aufgrund von Sicherheitsvorschriften auf bestimmte Maximalwerte von beispielsweise 120 V bei 50 mA begrenzt.

Die zum Betätigen der bei den Teilnehmern installierten Wecker benötigte Wechselspannung kann wegen der digitalen Übertragung nicht direkt übertragen werden. Sie wird daher in den bei den Teilnehmern vorhandenen Geräten erzeugt. Dazu dient ein Rufspannungsgenerator, beispielsweise ein Schaltnetzteil, der eine Wechselspannung von beispielweise 37 V_eff erzeugt. Eine Spannung dieser Größenordnung ist erforderlich, um sicherzustellen, daß handelsübliche Wecker der Teilnehmer bei Bedarf auch tatsächlich ansprechen.

Eine zur Erzeugung einer derartigen Wechselspannung geeignete Schaltungsanordnung geht aus der eingangs erwähnten DE-OS 41 04 809 hervor. Die Impulse eines Taktgebers werden bei dieser Schaltungsanordnung über ein Steuerglied der Steuerelektrode eines ersten Transistors zugeführt, in dessen Strompfad die an die Gleichspannung der Fernspeisung angeschlossene Primärwicklung eines Transformators liegt. In Reihe mit der Sekundärwicklung des Transformators ist ein zweiter Transistor mit seinem Strompfad angeschlossen, dessen Steuerelektrode ebenfalls mit dem Steuerglied verbunden ist. Dem Steuerglied ist weiterhin eine Logik zugeordnet, durch welche wahlweise immer nur einer der beiden Transistoren mit dem Taktgeber verbunden wird. Ein Ladekondensator und ein Koppelkondensator des Verbrauchers werden über den Transformator aufgeladen. Entladen werden dieselben mit dieser Schaltungsanordnung ebenfalls über den Transformator, und zwar durch den Einsatz des zweiten Transistors. Lade- und Entladevorgang werden durch den parallel zum Verbraucher liegenden Spannungsteiler in Verbindung mit dem am Teilerpunkt angeschlossenen Komparator gesteuert. Diese Schaltungsanordnung hat sich in der Praxis bewährt. Sie arbeitet mit hohem Wirkungsgrad.

Die maximale Weckerspannung ist bei der bekannten Schaltungsanordnung nach der DE-OS 41 04 809 auf einen durch die maximale Belastbarkeit der Fernspeiseleitung vorgeschriebenen festen Wert eingestellt. Es gibt Endgeräte bzw. Verbraucher mit Weckern, deren Weckerschwellspannung größer ist als die erwähnten 37 V_eff. Für diese Verbraucher muß die Weckerspannung also höher sein, was mit der bekannten Schaltungsanordnung grundsätzlich möglich ist. Es muß dabei aber berücksichtigt werden, daß die Fernspeiseleitung, auf der - wie schon erwähnt - maximal 50 mA fließen dürfen, nicht überlastet wird. Das kann besonders dann problematisch werden, wenn zwei oder mehr Verbraucher gleichzeitig gerufen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderte Schaltungsanordnung so weiterzubilden, daß eine höhere Weckerspannung erzeugt werden kann, ohne daß die Gefahr einer Überlastung der Fernspeiseleitung besteht.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß parallel zu dem einen Zweig des Spannungsteilers ein veränderbarer elektrischer Widerstand angeschlossen ist, dessen Widerstandswert in Abhängigkeit von der Höhe des auf der Anschlußleitung fließenden Stroms geregelt wird.

Die Weckerspannung wird mit dieser Schaltungsanordnung beispielsweise auf einen Wert von 50 V_eff erhöht. Das wird ohne Änderung des Spannungsteilers durch den parallelen Anschluß des veränderbaren Widerstandes zum einen Zweig desselben erreicht. Es ist damit grundsätzlich sichergestellt, daß auch Wecker mit höherer Schwellspannung ansprechen. Dabei wird die Fernspeiseleitung im Normalfall, wenn nur ein Verbraucher oder auch zwei Verbraucher gerufen wird bzw. werden, nicht unzulässig belastet. Für den Fall, daß mehrere oder sogar alle Verbraucher gleichzeitig gerufen werden - was nur zufällig vorkommt -, ist durch die Regelung des Widerstandswerts des veränderbaren Widerstands in Abhängigkeit vom auf der Anschlußleitung fließenden Strom sichergestellt, daß eine Überlastung der Fernspeiseleitung nicht eintritt. Der Wert des parallel liegenden Widerstandes wird stromabhängig verändert, wodurch die Weckerspannung im Bedarfsfall gesenkt wird. Im Ergebnis ist damit sichergestellt, daß die Weckerspannung im Betriebsfall deutlich höher als 37 V_eff ist. Telefone mit erhöhter Weckerschwellspannung klingeln also. Nur im Extremfall bei maximaler Länge der Fernspeiseleitung und wenn mehr als zwei Teilnehmer gleichzeitig angerufen werden, wird die Weckerspannung heruntergeregelt. Dabei ist weitere Voraussetzung, daß alle Teilnehmer die maximal erlaubte Weckerlast von beispielsweise vier parallel liegenden Telefonen haben.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den Zeichnungen dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 als Blockschaltbild die Teile eines ferngespeisten Gerätes mit einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung.

Fig. 2 die Schaltungsanordnung selbst in ergänzter Form.

Fig. 3 einen Ausschnitt der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 in genauerer Darstellung.

Am Ende einer beispielsweise durch eine Fernmelde- Anschlußleitung ASL gebildeten Übertragungsstrecke ist ein durch eine strichpunktierte Linie umrandetes elektronisches Gerät 1 angeschlossen. Das Gerät 1 wird beispielsweise mit einer Spannung von 120 V über die ASL ferngespeist. An die ASL ist ein Stromversorgungsteil 2 angeschlossen, bei dem es sich beispielsweise um ein Schaltnetzteil handeln kann. Es dient unter anderem zur Stromversorgung der durch ein Kästchen angedeuteten Elektronik 3 des Geräts 1. In dem Gerät 1 ist weiterhin eine Schaltungsanordnung 4 zur Erzeugung einer Wechselspannung angeordnet, die mit der ASL und der Elektronik 3 verbunden ist. An die Schaltungsanordnung 4 ist ein externer Verbraucher 5 angeschlossen.

Die Schaltungsanordnung 4 und die Elektronik 3 sind in Fig. 2 genauer dargestellt. Sie sind jeweils durch strichpunktierte Linien umrandet. Der Verbraucher 5 ist dabei der Wecker eines Telefonapparats, der durch einen Koppelkondensator CK und einen Widerstand RL realisiert ist, die zusammen die Weckerimpedanz ZL bilden. Im folgenden wird statt des Wortes "Wechselspannung" das Wort "Rufspannung" verwendet. Zu ihrer Erzeugung weist die Schaltungsanordnung 4 einen Rufspannungsgenerator 6 auf.

Der Rufspannungsgenerator 6 kann beispielsweise entsprechend der eingangs erwähnten DE-OS 41 04 809 oder auch entsprechend der DE-OS 36 32 746 aufgebaut sein. Er ist auf der einen Seite mit der ASL verbunden, deren Spannung der Gleichspannung UB der Fernspeisung entspricht. Auf der anderen Seite ist die ZL an den Rufspannungsgenerator 6 angeschlossen. Am Ausgang des Rufspannungsgenerators 6 liegt ein aus den Widerständen R1 und R2 bestehender Spannungsteiler. Mit dem Teilerpunkt P des Spannungsteilers ist ein Komparator 7 verbunden, dem andererseits eine Referenzspannung U(t) zugeführt wird. Die Referenzspannung U(t) ist eine mit einem Wechselanteil überlagerte Gleichspannung. Sie dient als Sollwert für die am Teilerpunkt P anliegende Spannung. Die Referenzspannung U(t) wird - unter Berücksichtigung der durch die Widerstände R1 und R2 gegebenen Teilung - so bemessen, daß am Punkt A stets eine gewünschte Spannung anliegt. Der Ausgang des Komparators 7 ist mit der Elektronik 3 des Gerätes 1 verbunden, welche ein den Rufspannungsgenerator 6 beeinflussendes Steuerglied 8 enthält.

Parallel zum Widerstand R2 des Spannungsteilers liegt ein veränderbarer Widerstand RV, dessen Widerstandswert in Abhängigkeit von der Höhe des auf der ASL fließenden Stromes geregelt wird. Dazu wird der Strom ständig mittels eines an die ASL angeschlossenen Stromfühlers SF gemessen, der mit dem Widerstand RV verbunden ist. Der Widerstand RV könnte auch parallel zum Widerstand R1 liegen, wenn die Regelung entsprechend invertiert wird.

Die in Fig. 2 stark vereinfacht dargestellte Schaltungsanordnung arbeitet wie folgt:
Eine Rufspannung von beispielsweise 50 V_eff mit 20 bis 50 Hz wird im Falle eines bei der Vermittlungsstelle ankommenden Anrufs für einen Teilnehmer, bei welchem das am Gerät 1 angeschlossene Telefon installiert ist, durch ein von der Vermittlungsstelle ausgesendetes Signal erzeugt. Bei dem Signal kann es sich um ein Bit eines von der Vermittlungsstelle zum Teilnehmer übermittelten Datenstroms handeln. Der Datenstrom wird im Gerät 1 empfangen und in demselben in der Elektronik 3 verarbeitet.

Nach Empfang des von der Vermittlungsstelle ausgesandten Signals erzeugt der Rufspannungsgenerator 6 die Rufspannung. Dabei wird zunächst der Koppelkondensator CK der ZL aufgeladen. Die am Koppelkondensator CK und damit auch am Punkt A anliegende Spannung wird dauernd durch den Spannungsteiler R1/R2 erfaßt und dem Komparator 7 als Istwert (Teilerpunkt P) zugeführt. Wenn dieser Istwert am Teilerpunkt P den durch die dem Komparator 7 zugeführte Referenzspannung U(t) gegebenen Sollwert überschreitet, erscheint am Ausgang des Komparators 7 eine logische "0". Das Steuerglied 8 wird dann umgeschaltet. Der Ladevorgang für den Koppelkondensator CK ist damit beendet. Er wird anschließend entladen.

Durch das Entladen des Koppelkondensators CK sinkt die an demselben anliegende Spannung. Dadurch sinkt auch das Potential am Teilerpunkt P. Sobald der vorgegebene Sollwert der Spannung am Punkt A und damit auch am Teilerpunkt P unterschritten ist, ändert sich das Ausgangssignal des Komparators 7 wieder in eine logische "1". Der Entladevorgang ist damit beendet. Der Koppelkondensator CK wird dann - wie beschrieben - wieder aufgeladen.

Diese Wirkungsweise der Schaltungsanordnung gilt solange, wie am Spannungsteiler R1, R2 und RV nichts geändert wird. Die erzeugte Rufspannung beträgt dann - wie schon erwähnt - bei­ spielweise 50 V_eff. Die Belastung der ASL bleibt dabei in den zulässigen Grenzen. Das kann sich ändern, wenn mehr als zwei Teilnehmer gleichzeitig gerufen werden. Um eine Überlastung der ASL zu vermeiden, wird der Widerstandswert des Widerstandes RV in Abhängigkeit von der Höhe des auf derselben fließenden Stroms entsprechend Fig. 3 beispielweise wie folgt geregelt:
Der Widerstand RV ist beispielweise durch einen Transistor 9 und einen ohmschen Widerstand 10 realisiert, der in Reihe mit dem Strompfad des Transistors 9 liegt. Der Transistor 9 ist vorzugsweise als Feldeffekttransistor ausgebildet. Seine Steuerelektrode ist mit dem beispielsweise als ohmscher Widerstand ausgeführten SF verbunden. Die am SF abfallenden Spannung entspricht dem Istwert des auf der ASL fließenden Stroms. Sie wird als Istwert über einen Verstärker 11 einem Regler 12 zugeführt, dem als Sollwert eine dem maximal zulässigen Strom auf der ASL entsprechende Referenzspannung U_Ref aufgegeben wird. Die Zeitkonstante des Reglers 12 wird groß gegenüber der Periodendauer der Rufspannung gewählt, um ein Oszillieren des Reglers 12 auszuschließen. Die beispielsweise zwischen 0 und 5 V einstellbare Ausgangsgröße des Reglers 12 wird der Steuerelektrode des Transistors 9 zugeführt, dessen Stromdurchlässigkeit dadurch geregelt wird. Zur galvanischen Entkopplung kann zwischen Regler 12 und Transistor 9 ein Optokoppler 13 zwischengeschaltet werden. Zwischen Optokoppler 13 und Transistor 9 wird zweckmäßig ein Tiefpaß 14 vorgesehen.

Solange der auf der ASL fließende Strom den zulässigen Wert nicht überschreitet, ist der Transistor 9 voll stromdurchlässig. Der Wert des Widerstandes RV wird dann i. w. durch den Widerstand 10 bestimmt. Die Parallelschaltung aus den Widerständen R2 und RV hat dann ihren kleinsten Wert. Die Rufspannung ist gleich ihrem Maximalwert von beispielweise 50 V_eff.

Wenn mehr als zwei Teilnehmer gleichzeitig gerufen werden, steigt die Belastung der ASL. Der auf derselben fließende Strom wird dementsprechend erhöht. Beim Überschreiten des maximal zulässigen Wertes ändert sich das Ausgangssignal des Reglers 12 derart, daß die Stromdurchlässigkeit des Transistors 9 vermindert wird. Der Widerstandswert des Widerstandes RV wird dementsprechend erhöht, so daß auch der Widerstandswert des "Parallelwiderstandes" R2/RV des Spannungsteilers größer wird. Die vom Rufspannungsgenerator 6 erzeugte Rufspannung wird proportional vermindert. Im Extremfall ist der Transistor 9 gesperrt, so daß nur noch der Widerstand R2 wirksam ist. Die Rufspannung hat dann ihren minimalen Wert von beispielweise 37 V_eff.

Die Schaltungsanordnung ist - wie schon erwähnt - auch dann verwendbar, wenn der veränderbare Widerstand RV parallel zum Widerstand R1 des Spannungsteilers liegt. Der Transistor 9 ist dann bei maximaler Rufspannung gesperrt und bei minimaler Rufspannung voll stromdurchlässig.

Die angegebenen Grenzen für die Rufspannung von 37 V_eff und 50 V_eff sind nur Beispiele. Es können unter Berücksichtigung der maximalen Belastbarkeit der ASL auch andere Werte gelten.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Wechselspannung in einem ferngespeisten elektronischen Gerät, das über eine Anschlußleitung, über die nachrichtentechnische Signale als digitale Signale übertragen werden, an eine Gleichspannung angeschlossen ist, bei welcher an das Gerät mindestens ein externer Verbraucher angeschlossen ist und bei welcher in dem Gerät eine Elektronik mit einem Steuerglied und ein Rufspannungsgenerator angeordnet sind, an dessen Ausgang ein den Momentanwert der von demselben gelieferten Spannung als Istwert erfassender Spannungsteiler angeschlossen ist, mit dessen Teilerpunkt ein Komparator verbunden ist, dem als Sollwert eine Referenzspannung zugeführt wird und der an das Steuerglied angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem einen Zweig des Spannungsteilers (R1, R2) ein veränderbarer elektrischer Widerstand (RV) angeschlossen ist, dessen Widerstandswert in Abhängigkeit von der Höhe des auf der Anschlußleitung (ASL) fließenden Stroms geregelt wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als veränderbarer Widerstand (RV) die Reihenschaltung eines Transistors (9) und eines ohmschen Widerstandes (10) verwendet wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mittels eines Stromfühlers (SF) erfaßte Istwert des auf der Anschlußleitung (ASL) fließenden Stromes einem Regler (12) zugeführt wird, dessen Ausgang mit der Steuerelektrode des Transistors (9) verbunden ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Regler (12) und Transistor (9) ein Optokoppler (13) eingeschaltet ist.