FR2892209A1

FR2892209A1 - Regulated power supply device for e.g. telephony device, has feedback loop that stabilizes input voltage of offset regulator and controls output voltage of primary supply regulator to correct any voltage drop induced in cables

Info

Publication number: FR2892209A1
Application number: FR0510615A
Authority: FR
Inventors: Jean Louis Lombard; Alam Antonios El
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-10-18
Filing date: 2005-10-18
Publication date: 2007-04-20

Abstract

The device has a primary supply regulator (9) providing variable output voltage for supplying an offset regulator (10) through supply cables (5, 6). The regulator (10) presents fixed output voltage applied on a load (13) and input voltage stabilized by a feedback loop (7). The loop controls output voltage of the regulator (9) to correct, by feedback of voltage, any voltage drop induced in the cables consecutive to ohmic resistance of the cables and to circulating current.

Description

La présente invention concerne un procédé d'alimentation électriqueThe present invention relates to a method of power supply

appliqué sur un câble relié à une charge distante et régulé par contre réaction limitant la chute de tension sur la charge consécutive à la résistance du câble. applied on a cable connected to a remote charge and regulated by counter-reaction limiting the voltage drop on the load following the resistance of the cable.

Une boucle de contre réaction d'asservissement relie l'alimentation à la charge et impose une tension fixe sur cette charge. Cette boucle d'asservissement permet de connecter des dispositifs qui émettent et reçoivent un support de transmission dont le protocole des données permet la transmission d'informations numériques. A servo feedback loop connects the power supply to the load and imposes a fixed voltage on that load. This servocontrol loop makes it possible to connect devices that transmit and receive a transmission medium whose data protocol allows the transmission of digital information.

De nombreux dispositifs informatique et de téléphonie sont organisés en réseaux de câblage au standard informatique. Ils disposent généralement d'alimentations électriques déportées pour alimenter leurs systèmes électroniques. Cette disposition est justifiée par la forte résistance ohmique des fils utilisés, qui interdit le transfert de courant d'alimentation élevé et qui provoque une chute de tension conséquente sur la charge. Les réseaux de câblage informatique sont organisés par paires torsadées conditionnées dans des câbles multi paires. Cette technique de câblage est devenue une offre alternative pour de nombreuses autres applications, comme l'audiovisuel et la domotique en optimisant la qualité des données transmises particulièrement sur de longues distances. La difficulté d'alimenter des dispositifs électroniques déportés par ce type de câble est un frein technologique pour de nombreuses autres applications. Many computer and telephony devices are organized into computer-standard cabling networks. They usually have remote power supplies to power their electronic systems. This arrangement is justified by the high ohmic resistance of the wires used, which prohibits the transfer of high power currents and causes a considerable voltage drop on the load. Computer cabling networks are organized in twisted pairs packaged in multi-pair cables. This cabling technology has become an alternative offer for many other applications, such as audiovisual and home automation by optimizing the quality of data transmitted especially over long distances. The difficulty of feeding remote electronic devices by this type of cable is a technological brake for many other applications.

La présente invention est particulièrement adaptée à ces domaines techniques de câblage, mais vise bien d'autres applications qui nécessitent une alimentation électrique stabilisée sur une charge ne disposant pas d'alimentation électrique de proximité. La chute de tension provoquée par la résistance du câble d'alimentation ne peut être compensé simplement par une tension élevée appliquée sur la source d'alimentation, étant donné la prise en compte de trois paramètres variiables: la longueur du câble, le diamètre des fils et les courants circulant dans la charge. Il en résulte généralement, soit une tension de charge trop faible, soit une surtension provoquant une dissipation thermique excessive dans les circuits de régulation des appareils et pouvant entraîner leur destruction. The present invention is particularly adapted to these technical fields of wiring, but is intended for many other applications that require a power supply stabilized on a load that does not have a power supply proximity. The voltage drop caused by the resistance of the power cable can not be compensated for simply by a high voltage applied to the power source, given the consideration of three variable parameters: the length of the cable, the diameter of the wires and the currents flowing in the load. This generally results in either a too low charging voltage or an overvoltage causing excessive heat dissipation in the control circuits of the devices and may lead to their destruction.

Une technique de régulation à découpage est utilisée en téléphonie. Un régulateur de tension est disposé sur la charge de fin de ligne et absorbe les variations de tensions d'alimentation. Cette disposition nécessite cependant, d'appliquer au départ du câble une tension élevée, calculée pour compenser la perte estimée suivant la longueur du câble et l'amplitude du courant demandé. Ce procédé implique toutefois la connaissance du courant de charge globale pour ne pas dépasser le seuil technique de l'alimentation, car aucun lien d'asservissement n'existe entre la source d'alimentation et la charge. A switching regulation technique is used in telephony. A voltage regulator is disposed on the end of line load and absorbs supply voltage variations. This arrangement, however, requires the application of a high voltage at the start of the cable, calculated to compensate for the estimated loss along the length of the cable and the amplitude of the current required. This method, however, requires knowledge of the overall charging current to not exceed the technical threshold of the power supply, because there is no link servo between the power source and the load.

Ce type de régulateur à découpage a l'inconvénient majeur de maintenir une résistance de sortie de régulation élevée et de générer des parasites consécutifs aux courants induits aux fréquences de commutations élevées par la self de stockage du régulateur. Pour certaines applications, comme la transmission d'images analogiques sur une paire torsadée, ce procédé a l'inconvénient de générer des perturbations souvent visibles sur l'image. Ce problème est récurrent pour ce type d'alimentation à forte résistance de sortie qui rend difficile la maîtrise des courants de masse si plusieurs circuits électroniques utilisent la même alimentation. This type of switching regulator has the major drawback of maintaining a high regulating output resistance and of generating interference following the currents induced at high switching frequencies by the storage choke of the regulator. For some applications, such as the transmission of analog images on a twisted pair, this method has the disadvantage of generating disturbances often visible in the image. This problem is recurrent for this type of power supply with high output resistance which makes it difficult to control the ground currents if several electronic circuits use the same power supply.

Le dispositif de régulation suivant l'invention dispose d'une faible résistance interne, est exempt d'interférences et limite la dissipation thermique du régulateur pour toutes les configurations de puissance. Par ailleurs, on dispose par ce procédé de régulation, outre des données concernant la qualité physique du câble, résistance et continuité d'un support de transmission numérique permettant un dialogue permanent de systèmes. La figure 1 permet de mieux comprendre le fonctionnement et l'intérêt technique de ce dispositif de régulation et de communication. Il comporte deux éléments distincts, un bloc régulateur d'alimentation asservie (1) ayant pour fonction de fournir une tension continue suffisante pour alimenter par un câble de longueur variable (5 et 6), un régulateur de tension fixe de fin de ligne (10) dédié à la charge (13), l'ensemble étant représentée par le bloc (2). Une alimentation électrique adaptée à la puissance générale du dispositif est appliquée à l'entrée positive (3) du régulateur primaire et (4) comme masse de référence. Le principe de régulation suivant l'invention utilise un fil pilote de boucle d'asservissement (7) supportant une information analogique de régulation. Ce fil est complémentaire à la paire des fils 2892209 -3 du câble d'alimentation. Il relie et contrôle le bloc de régulation de charge (1) en fonction des données d'asservissement mesurées au point (8) situé à l'entrée du régulateur déporté (10). La tension appliquée à l'entrée de ce régulateur est idéalement limitée à sa tension minimum de régulation 5 différentielle. Cette tension stabilisée par l'asservissement permet de limiter, pour des courants de charges variables, la dissipation thermique du régulateur. Par souci de simplification du calcul de compensation de charge de régulation et d'exploitation des données d'asservissement, le fil pilote sera avantageusement de même diamètre que les fils de la paire d'alimentation. The control device according to the invention has a low internal resistance, is free of interference and limits the heat dissipation of the controller for all power configurations. Moreover, this regulation method provides, in addition to data concerning the physical quality of the cable, resistance and continuity of a digital transmission medium allowing a permanent dialogue of systems. Figure 1 provides a better understanding of the operation and technical interest of this control device and communication. It comprises two distinct elements, a slave power supply regulator block (1) having the function of providing a DC voltage sufficient to supply, by a cable of variable length (5 and 6), a fixed end of line voltage regulator (10). ) dedicated to the load (13), the assembly being represented by the block (2). A power supply adapted to the general power of the device is applied to the positive input (3) of the primary regulator and (4) as the reference mass. The regulation principle according to the invention uses a servo control pilot wire (7) supporting analog control information. This wire is complementary to the pair of wires 2892209 -3 of the power cable. It connects and controls the charge control unit (1) according to the control data measured at point (8) located at the input of the remote controller (10). The voltage applied to the input of this regulator is ideally limited to its minimum differential regulation voltage. This voltage stabilized by the servocontrol makes it possible to limit, for variable load currents, the heat dissipation of the regulator. In order to simplify the calculation of regulating charge compensation and operation of the servo data, the pilot wire will advantageously be of the same diameter as the wires of the power pair.

10 La boucle d'asservissement transmet une tension positive prélevée au point (8) et référencée à la masse de l'alimentation générale (14). Le dispositif d'asservissement corrige l'erreur de lecture de tension provoquée par la résistance du fil de la boucle d'asservissement (7) par un générateur à courant constant fixé par exemple à 10 milliampères qui charge la boucle 15 d'asservissement à travers les résistances de valeurs fixes (16 et 17). Ce courant constant détermine la résistance du fil pilote par une tension qui sera proportionnelle à sa longueur. La tension de lecture est prélevée du point (8) reportée au point (27) du générateur (15) qui détermine après traitement et compensation, le point d'asservissement du régulateur (9). La tension 20 prélevée au point (27) est mémorisée par l'intégrateur (18). Un comparateur analogique (19) est référencé à une tension de consigne fixe (20) définissant la valeur de consigne du point de régulation de la boucle et donc la tension régulée appliquée au point (8) à l'entrée du régulateur (10). Cette tension de référence (20) est comparée à la tension de l'intégrateur. Il en résulte une 25 tension analogique différentielle de pilotage oscillant autour de la tension de référence (20) et qui asservit le régulateur (9). La tension de sortie du régulateur (9) est directement reportée par le câble (6) sur le régulateur (10) pour imposer une tension d'entrée fixe. Cette tension est stabilisée quel que soit la charge imposée sur la sortie (13). Le fil pilote d'asservissement (7) doit 30 par ailleurs transmettre des informations numériques. La figure (2) précise le protocole de communication véhiculé par le fil pilote. Les paliers positifs (22) du signal numérique correspondent au seuil de tension analogique modulé par la tension d'asservissement prélevée et mémorisée par l'intégrateur (18). La mémoire de l'intégrateur est isolée de chaque impulsion négative justifiant 35 l'information numérique par une diode de blocage (11). Cette diode évite pour chaque incrément la décharge du 2892209 -4 condensateur d'intégration (18). La valeur analogique d'asservissement est donc préservée dans le message numérique pour être appliquée sur le comparateur analogique (19). Le bruit de commutation de la tension du seuil (22) est reporté sur l'intégrateur et sur l'alimentation pour être 5 lissé par le régulateur (10). Les entrées de commandes numériques concernent les entrées (25 et 26), et la réception des informations, les sorties (34 et 36). Les transistors (23 et 24) conduisent en temps partagé suivant un protocole de communication pour produire des impulsions négatives sur 10 le fil pilote par extraction de courant au travers des résistances de limitations (28 et 29). La forme numérique du signal est justifiée par des impulsions négatives (30 et 31) de la figure 2, de durée et d'amplitude variable suivant le protocole de codage. Le transistor de lecture (32) est polarisé sur sa base par les résistances (16 et 17) et 15 chargé par la résistance (33). Il conduit pour chaque impulsion négative sur l'émetteur produisant une tension de polarisation de base suffisante. Les impulsions numériques sont prélevées sur le collecteur (34) pour la lecture de toutes les informations véhiculées sur le fil pilote. Le filtre analogique (35) produit les mêmes informations 20 numériques prélevées au point (36) qui sont l'image des informations du point (34). Ce support d'information peut être mis à profit pour contrôler l'alimentation générale et être disponible pour des données concernant les appareils alimentés sur la charge (13). Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à 25 l'alimentation électrique d'une charge déportée par un câble et à compenser les chutes de tension constatées à ces bornes consécutives aux courants circulants.The servo loop transmits a positive voltage taken from point (8) and referenced to the ground of the general power supply (14). The servo device corrects the voltage reading error caused by the resistance of the servo loop wire (7) by a constant current generator set for example at 10 milliamps which charges the servo loop through resistors of fixed values (16 and 17). This constant current determines the resistance of the pilot wire by a voltage which will be proportional to its length. The reading voltage is taken from the point (8) reported at the point (27) of the generator (15) which determines, after treatment and compensation, the servocontrol point of the regulator (9). The voltage taken from the point (27) is memorized by the integrator (18). An analog comparator (19) is referenced to a fixed setpoint voltage (20) defining the setpoint value of the control point of the loop and thus the regulated voltage applied to the point (8) at the input of the regulator (10). This reference voltage (20) is compared to the voltage of the integrator. This results in a differential control voltage oscillating around the reference voltage (20) and which slaves the regulator (9). The output voltage of the regulator (9) is directly transferred by the cable (6) to the regulator (10) to impose a fixed input voltage. This voltage is stabilized regardless of the load imposed on the output (13). The pilot control wire (7) must also transmit digital information. Figure (2) specifies the communication protocol conveyed by the pilot wire. The positive bearings (22) of the digital signal correspond to the analog voltage threshold modulated by the control voltage taken and stored by the integrator (18). The memory of the integrator is isolated from each negative pulse which justifies the digital information by a blocking diode (11). This diode avoids for each increment the discharge of the integration capacitor (18). The analog servo value is thus preserved in the digital message to be applied to the analog comparator (19). The switching noise of the threshold voltage (22) is transferred to the integrator and to the power supply to be smoothed by the regulator (10). The numerical control inputs concern inputs (25 and 26), and information reception, outputs (34 and 36). The transistors (23 and 24) conduct time sharing according to a communication protocol to generate negative pulses on the pilot wire by current extraction through the limiting resistors (28 and 29). The digital form of the signal is justified by negative pulses (30 and 31) of FIG. 2, of variable duration and amplitude according to the coding protocol. The read transistor (32) is biased on its base by the resistors (16 and 17) and loaded by the resistor (33). It conducts for each negative pulse on the transmitter producing a sufficient base bias voltage. The digital pulses are taken from the collector (34) for reading all the information conveyed on the pilot wire. The analog filter (35) produces the same digital information taken from the point (36) which is the image of the information of the point (34). This information carrier can be used to control the general power supply and be available for data on the devices powered by the load (13). The device according to the invention is particularly intended for the power supply of a load offset by a cable and to compensate for the voltage drops observed at these terminals consecutive to the circulating currents.

Claims

1) Regulated power supply device on a load offset by a cable, characterized (Figure 1) in that it comprises a primary power regulator (9) variable output voltage to feed through a power cable (5 and 6) a remote output regulator (10) having a fixed output voltage applied to a load (13) and whose input voltage (8) is stabilized by an analog servocontrol loop (7) which controls the voltage of output of the primary regulator (9) thus making it possible to correct by voltage feedback any voltage drop induced in the supply cable following its ohmic resistance and the currents flowing.

2) Device according to claim (1) characterized in that the servo loop (7) is constituted by a complementary wire to the power cable (5 and 6) charged through the series resistors (16 and 17) by a constant current generator (15) which has the consequence of returning to these terminals all voltage variations measured on the resistor (16) connected to the point (8) located at the input of the remote controller (10).

3) Apparatus according to any preceding claim characterized in that the servo loop (7) is voltage modulated by the transistors (23 and 24) to form negative pulses (Figure 2) durations and amplitudes variables (30 and 31) justifying a digital communication protocol exploitable between the primary (9) and remote (10) regulators and that this digital signal is independent of the analog regulation device defined by the positive thresholds (22) of this signal.

4) Apparatus according to any preceding claim characterized in that the servo loop (7) transmits to an integrator (18) the positive peaks (22) of the digital signal (30 and 31) taken from point (8) located at the input of the remote controller (10) integrated through a blocking diode (11) prohibiting the negative pulses of this signal from discharging the integration capacitor and that this integration voltage is compared by an analog comparator (19). ) at a fixed setpoint voltage (20) defined as control point of the servo loop imposing a sufficient regulation voltage at the input of the remote controller (10).