DK156797B - Forsyningskreds der indgaar i en jaevnstroemsmagnetiseret gaffeltransformer - Google Patents

Description

DK 156797 B

Den foreliggende opfindelse angâr en forsyningskreds i en jævnstr0msmagnetiseret gaffeltransformer, der indgâr i en telefonlinieforstærker, og soin er forbundet mellem en totrâdslinie og linieforstaerkeren til at tilvejebringe en 5 overforsel mellem totrâds- og firtrâdskoblingen i liniefor-stærkeren. Nærmere bestemt angâr opfindelsen et forsynings-kredslob i sâdanne linieforstærkere, som anvendes til at omsætte de fra linien indkommende analoge telefonsignaler til PCM-kodede signaler og omvendt.

10 Ved omsætning af analoge telefonsignaler fra en given abonnent via en given linie anvendes linieforstærkere til at frembringe to forskellige signalveje. I den ene af disse veje sker en kodning af de analoge signaler til PCM-kodede signaler, og i den anden vej sker en dekodning af den digi-15 taie PCM-kodede signalstrdm. Der mâ endvidere indkobles forstærkere til at kompensere for dæmpningen over linien.

Til selve opdelingen ved linieforstærkerens indgang mod totrâdslinien er det tidligere kendt at anvende en jævn-str0msmagnetiseret gaffeltransformer, som tilf0rer den 0n-20 skede str0mforsyning til det med linien forbundne abonnent-apparat. Samtidig fâs imidlertid en jævnstr0msmagnetiserïng af transformerkernen.

Fra US-patentskrift nr. 4.297.536 kendes et balan-ceringsnet til en hybridkreds. I nettet er forbundet dioder 25 for tilvejebringelse af en variabel dynamisk impedans i hybridkredsen. Eftersom linieimpedansen varierer med for-skellig linielængde, ændres den dynamiske impedans for tilvejebringelse af tilpasning til abonnentens linieimpedans for talesignaler.

30 Ved den foreliggende opfindelse tilvejebringes til pasning af forsyningsstrommen véd varierende linielængde og ikke indstilling af den dynamiske impedans for talesignaler.

Ved konstruktion af transformergafler, som indgâr i linieforstærkere, stilles visse krav til gaflens udformning, 35 og der mâ tages hensyn til jævnstromsmagnetiseringen af transformeren. For det forste skal indgangsklemmerne mod 2

DK 156797 B

totrâdssiden være afbalancerede i forhold til et jordpunkt eftersom der ellers opstâr sâkaldte longitudinelle stremme over linien. Endvidere skal transformergaflen opfylde de akustiske tilbagekoblingsdæmpningskrav pâ firtrâdssiden for 5 den pâgældende totrâdssides linieimpedans. Driftsdæmpnings-forvrængning inden for talebândet skal være lav (eksempelvis Ad < 0/5 dB) . Endelig skal ekkodæmpningen pâ totrâdssiden være h0j for de impedanser/ dvs. linie- og apparatimpedanser, som er forbundet med gaflens totrâdsside. I modsat fald 10 opstâr reflektioner over linien mellem gaflen og apparatet.

Ved en jævnstrçsmsmagnetiseret gaffeltransforner opstâr endvidere et problem med at forhindre/ at indkommende tale-spændinger kortsluttes via den stromsloj fe, gennem hvilken jævnstrom tilfores fra batteriet mod linien. Tidligere er 15 stromtilforselen foretaget over en midtpunktskondensator c0 eller ogsâ er en drosselspole D blevet indkoblet i sérié med jævnspændingskilden/ se fig. 2 henholdsvis fig. 3.

Jævnstromsformagnetiseringen for en af viklingerne 1,1* kan udtrykkes som 20 t t 2 L · I0* —=7- = 12 · 57 · 10"9 jLirev · H02---- (1) 25 VFe hvor L = viklingernes induktans, I0 = formagnetiseringsstrom, VFe = kernerumfang.

IfOlge ligning 1 kræver det tidligere kendte str0m-30 forsyningsalternativ if0lge fig. 2 og 3 stort kernerumfang for gaffeltransformeren henholdsvis drosselspolen, specielt dersom forsyningsstr0mmen I0 er stor. Storre forsyningsstrom medf0rer desuden flere andre problemer.

a) Temperaturen i transformerviklingeme vokser ifolge 35 AT = T(P), P = I02Rk ..... (2) R]ç = kobberresistiviteten i viklingerne 1,1'.

40 b) Især fâs en temperaturfor0gelse ATm i den kasse,

DK 156797 B

3 hvori forsyningsmodstandene R^b og R2b er anbragt if0lge ATm = Tin (P), P = I02(Rlb + R2b + Rk) ...... (3)

Dette medforer en hurtigere ældning af komponenterne, 5 især er ældningen af stromforsyningsmodstandene R^b og R2b kritisk.

c) Ved et lavohmigt str0mforsyningsalternativ er str0mforsynïngsmodstandene Rlb og R2b smâ. Ved overspændinger eksempelvis som folge af lynnedslag vokser lynenergien if0lge 10 udtrykket 15 w = RbÎ,Rb2 ..... (4) d) Ved de kendte stromforsyningsprincipper if0lge fig. 2, 3 og 4 er det særlig vanskeligt at opnâ en h0j ekko-dæmpning Ae for lave frekvenser, dersom stromforsyningsmod- 20 standene Rlb, R2b er sm^·

Det er formaiet med den foreliggende opfindelse at afhjælpe problemerne med stromforsyning fra en gaffeltrans-former, som indgàr i en hybridkreds, ved som str0mforsynings-modstand at anvende en PTC- (positiv temperaturkoeffi- 25 cient-) modstand til strombegrænsning.

Ved herudover at optransformere stromforsyningsmod-standen pâ den i almindelighed i EP-patentskrift nr. 77.351 anviste mâde opnâs en fordelagtig l0sning pâ de tidligere nævnte str0mforsynïngsproblemer.

30 Opfindelsen forklares i det f0lgende nærmere under henvisning til tegningen, pâ hvilken fig. 1 viser et blokdiagram over en telelinieforstær-ker og dens tilslutning til en abonnent via en totrâdslinie, fig. 2, 3 og 4 viser tre forskellige udf0relsesformer 35 af en gaffeltransformer af kendt art, fig. 5 viser et koblingsdiagram over en strombegrænser med en autotransformer ifolge opfindelsen, fig. 6 og 7 viser to gaffelstrukturer i hvilke op-findelsesprincippet er anvendt, 40 fig. 8 viser forsyningsstrommen Iq's variation som

DK 156797B

4 funktion af linielængden og hvorledes forsyningsmodstands-værdien varierer med linielængden, fig. 9 viser karakteristikkeme for en PTC-modstand. Figurerne 2, 3 og 4 viser kredsl0bsdiagrammer over 5 tidligere kendte udf0relsesformer af gaffelkoblingen G1 i fig. 1 sâledes soin de er beskrevet i EP-patentskrift nr.

77.351. I udf0relsesformen if0lge fig. 2 forsynes gaffel-transformerens to viklinger 1 og 1' fra en spændingskilde Eq, som er forbundet med hver af viklingernes endepunkter 10 via modstandene R^ og R2jj. Denne gaffelstruktur kan anvendes dersom jævnstr0mmen I0 er lav, og dersom værdien af for-syningsmodstandene R^ og R2b er væsentlig st0rre end im-pedansen af midtpunktskondensatoren C0 ved de laveste fre-kvenser indenfor pasbândet, dvs.

15 1

Rb > -Sc5...... <5> 20 I et andet alternativ if0lge fig. 3 forbindes for-syningsspændingskilden Eq i sérié mellem to forskellige viklinger pâ en drosselspole D. Kredsl0bet if0lge fig. 3 er 25 fordelagtigere og enklere at dimensionere. Imidlertid kræver drosselspolen D stort rumfang dersom denne udf0res med passive komponenter. Udf0relsesformen if0lge fig. 3 kan i det hele taget ikke anvendes dersom den mekaniske konstruktion pâ kredsl0bskortet kræver begrænset monteringsh0jde netop 30 afhængigt af drosselspolen D.

Gaffeludf0relsesformen if0lge fig. 4 har flere fordele sammenlignet med fig. 2 og 3. Disse fordele er udf0rligt beskrevet i ovennævnte EP-patentskrift.

I fig. 5 er vist en grundlæggende udf0relsesform af 35 forsyningskredsen if0lge opfindelsen. I sérié med forsynings-spændingskilden E0, som for det f0rste skal forsyne en abonnent med jævnstr0m, er forbundet en f0rste og en anden paral-lelkobling af modstande. Hver parallelkobling bestâr af en PTC-modstand Rp^ henholdsvis Rp2 samt en modstand R^ hen-40 holdsvis R2. Parailelt med denne struktur er forbundet en

DK 156797 B

5 kondensator Cf. Forsyningsmodstandene Rib/R2b er forbundet med hver side af kondensatoren Cf. Den anden side af R^p og R2b er forbundet med de respektive udtag mellem viklingerne Li,L2 henholdsvis L'i og L'2 af en balanceret autotrans-5 former. Denne transformer svarer til autotransformeren Ι^,1ι2 og L·L'2 i fig. 4 og indeholder ligesom denne transformer en kondensator Cm (svarende til kondensatoren C0) til at opdele transformeren i to viklingshalvdele. Kondensatoren Cf fungerer som vekselstr0msmæssig kortslutning for talesig- 10 nalerne, hvorved modstandene R-q,, R2b fastlægger den mod-standsværdi, som ses fra totrâdssiden. Det er vigtigt at afkoble ta1estrommene fra PTC-modstandene Rpi, Rp2 eftersom disse ikke har nogen veldefineret modstandsværdi og desuden har store tolerancer.

15 If0lge opfindelsen forbindes en forsyningskreds med gaffeltransformeren, hvilken forsyningskreds foruden for-syningsspændingskilden og str0mforsyningsmodstandene ogsâ indeholder PTC-modstande med det formai at opnâ i det væsent-lige samme stremforsyning til bâde nært beliggende og fjernt 20 beliggende abonnenter. Pâ forbrugersiden er der nemlig en stærk interesse i at str0mforsynïngsmodstandene skal vaere lave for at forsyne selv de mest fjernt beliggende telefon-abonnenter med den krævede forsyningsstr0m I0. Det er end-videre foreskrevet at str0mmen Iq skal overskride en vis 25 værdi (Iq ^ 23 mA). Dersom forsyningsstr0mmen = Iq, Ro ~ abonnentapparaternes indre modstandsværdi, = ledningsmod-standsværdien (proportional med linielængden) fâs: 30 ®0

Io = R0 + Ri + Rb ..... (6) 35 hvor Rp betegner modstandsværdien for modstandsnettet ifolge fig. 5, dvs.

40 R1 * Rpl r2 * Rp2

Rb ~ Rlb + R2b + Rl + Rpl + R2 + Rp2 45 6

DK 156797B

Af udtrykket (6) fremgâr, at ledningsmodstandsværdien kan vokse med den værdi, som forsyningsmodstandsværdien formindskes ved uforandret forsyningsstrom I0. Der opstâr imidlertid et problem ved en lav forsyningsmodstandsværdi i 5 det tilfælde, at en abonnent er anbragt nær gaffeltransfor-meren (linieforstærkeren), eftersom ogsâ liniemodstandsvær-dien RI i sà tilfælde er lav. Ved en forsyningsmodstandsværdi 2 x 200 Ω varierer forsyningsstrpmmen I0 mellem 115-23 mA afhængigt af telefonabonnentens afstand fra linieforstær-10 keren. Ved lav liniemodstandsværdi Rj forsoger forsynings-strommen Iq at være stor. Stor forsyningsstr0m Iq medf0rer imidlertid at PTC-modstanden i kredsen if0lge fig. 5 for0ges, hvilket medf0rer at str0mmen I0 formindskes. Eftersom linie-længden for0ges for en fjernt beliggende abonnent vil for-15 syningsstr0mmen hâve tendens til at aftage. Dette medf0rer, at effekten over PTC-modstandene formindskes og deres mod-standsværdi formindskes. Fig. 8 viser skematisk, at mod-standsværdien for en PTC-modstand "skifter" fra en lav til en hoj værdi, nâr en vis viklingstemperatur T0 overskrides, 20 dvs. nâr effekten afhængigt af forsyningsstr0mmen Iq overskrides. Fig. 9 viser modstandsværdien Rj-, if0lge ovenstâende, summen Rq af abonnentens modstandsværdi (apparatets mod-standsværdi) og liniemodstandsværdien samt forsyningsstr0m-mens variation med linielængden. If0lge opfindelsen er for-25 syningsmodstandsværdien Rj, tilnærmelsesvis omvendt propor-tional med belastningens modstandsværdi, dvs. at for en fjerntbeliggende abonnent er eksempelvis forsyningsmodstandsværdien 400 Ω ved en middelafstand er den 800 Ω og for en nært beliggende abonnent er den 1200 Ω. Overgangen' 30 til forskellige forsyningsmodstandsværdier er kontinuerlig if0lge fig. 8 og styres automatisk af forsyningsstr0mmen Iq. Overstiger forsyningsstr0mmen l0 en vis værdi, eksempelvis Iq > 45 mA, gâr en af PTC-modstandene if0lge fig. 9 over til en h0johmig til stand og omvendt, nâr str0mmen I0 35 underskrider nævnte værdi.

7

DK 156797 B

Fig. 6 og 7 viser, hvorledes stromforsyningskredsen if0lge opfindelsen anvendes ved to forskellige udforelses-former af en gaffeltransformer. I fig. 6 er forsyningskredsen indkoblet direkte pâ totrâdssiden via en autotr ans former Lj-5 med midtpunktskondensatoren Cm- Derved transformeras for-syningsmodstandsværdien R^ til en st0rre værdi R'b, hvor nl + n2 2 10 R'b = Rb (—-> 15 i overensstemmelse med princippet if0lge fig. 4 og idet i fig. 6 viklingerne og har vindingstallet n^, og vik- lingerne L2 og L2 vindingstallet n2.

I udfbrelsesformen if0lge fig. 7 er forsyningskredsen forbundet med totrâdssiden i to trin dels via autotrans-

I I

20 formeren dels via autotransformeren L^, L2, L^, L2 (jfr. fig. 4) . Antages vindingstallet og omsætningen i transfor-merne at være ens og lig med 25 nl (-) v n-L + n2 ' fâs i dette tilfaelde forsyningsmodstandsværdien 30 4 ni + n2 4 R'b = Rb (-ττΛ-)' 35 1 , hvor viklingerne 1^, og har vindingstallet n^ og 12, L2 og L2 har vindingstallet n2.

En optransformeret forsyningsmodstandsværdi medfdrer 40 en lavere driftsdæmpning mellem to- og firtrâdssiden og omvendt og h0jere ekkodæmpning pâ totrâdssiden. Samtidig bevares jævnstr0msmæssigt en lavohmig beskaffenhed for for-syningskilden. De fordele,, som opnâs med forsyningskredsen if0lge opfindelsen i kombination med en autotransformer, er 45 f0rst og fremmest:

Mindre driftdæmpningsforvrængning inden for talebândet ved lave frekvenser.

Ved en egnet dimensionering af kondensatoren Cm og autotrans-formeren foroges driftsdæmpningen for frekvenserne 150-50 -100 Hz. Effekten fra lynnedslag fordeles fordelagtigt for

DK 156797 B

8 aile gaffelkomponenter, især fâr kondensatoren Cq en lav lynspænding.

Claims (4)

1. Forsyningskreds, der indgâr i en jævnstrdmsmag-netiseret gaffeltransformer (Gl), som er forbundet mellem en totràdslinie og to firtrâdsforbindelser, hvilken for- 5 syningskreds indeholder en forsyningsspændingskilde (Eg) og str0mforsyningsmodstande (Rib*R2b) som er forbundet med det fælles forbindelsespunkt mellem to viklingsdele ( Lf, L2 hen- II . holdsvis Li, L2) i en som autotransformer virkende primær-viklingsdel i gaffeltransformeren, hvorved kun den ene vik- 10 lingsdel (Lf,Li) magnetiseres, kendetegnet ved, at der mellem forsyningskilden (Eg) og stromforsyningsmod-standene (Rib/R2b) er forbundet et modstandsnet, som indeholder PTC-modstande (Rpi/Rp2) til at formindske forsynings-kredsens modstandsværdi ved aftagende forsyningsstrem og 15 omvendt.

2. Forsyningskreds ifolge krav 1, kendetegnet ved, at hvert modstandsnet (Ri/Rpi henholdsvis R2,Rp2) er serieforbundet med den tilhorende stromforsyningsmodstand henholdsvis R2b) og forsyningsspændingskilden (E0).

3. Forsyningskredsl0b if0lge krav 1-2, kende tegnet ved, at hvert modstandsnet bestâr af en PTC-modstand (Rpi»Rp2) som er parallelforbundet med en tempera-turuafhængig modstand (Rj henholdsvis R2).

4. Forsyningskreds if0lge krav 1-3, kendeteg-25 net ved, at at en kondensator (Cf) er forbundet mellem de to fælles forbindelsespunkter mellem de pâgældende modstandsnet (Ri,Rip henholdsvis R2/R2p) °9 str0mforsynings- modstandene (Rib'R2b) f°r a^- afkoble talesignalerne fra modstandsnettet og forsyningsspændingskilden.