JPS58501401A - 電話ライン回路 - Google Patents

電話ライン回路

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JPS58501401A
JPS58501401A JP57502587A JP50258782A JPS58501401A JP S58501401 A JPS58501401 A JP S58501401A JP 57502587 A JP57502587 A JP 57502587A JP 50258782 A JP50258782 A JP 50258782A JP S58501401 A JPS58501401 A JP S58501401A
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JP57502587A
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ジヤーカ・ハワード・フランク
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ウエスタ−ン エレクトリツク カムパニ−,インコ−ポレ−テツド
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ゛電話ライン回路 技術分野 本発明は電話用ライン回路、特に浮動電池電源を含む回路に関する。
発明の背景 電話システムにおいては、ライン回路は加入者セットに接続された通信線と交換 ネットワークの間のインタフェースとして用いられる。伝統的には、ライン回路 は加入者セットを付勢する′電池電源を含んでいる。電池電源な地気に関して浮 かせることができれは、近接した電力線によって加入者ループに誘起される同相 電流の影響を最小化することができることがわかっている。周昶のライン回路で は加入者セットを電池から分離するのに変圧器を使用して浮動電池電源を実現し ている。このような回路では、加入者セットと交換ネットワークの間に音声の結 合を実現するために典型的には第2の変圧器が1史用される。これらの変圧器は これが使用されるライン回路の全コストとスペースの要求の大きな部分を占める ので。
加入者セットに付勢電流を与える目的と、交換ネットワークと加入者セットの音 声結合を与える目的の両方のために単一の変圧器を用いるライン回路を構成でき れば。
これに対応する2変圧器の回路に比べて明らかに利点があることになる。
周知のライン回路に従えば、加入者ループの長さや直流抵抗に本質的に依存しな い電圧を回路の出力端子に供給することによって加入者セットを動作する。音声 信号は同一の変圧器を用いて交換ネットワークと加入者セットの間を通過する。
単一の変圧器を利用することによる本質的な利点は達成されるが、定電圧源によ る電源は短い低抵抗のループの場合、加入者セットを動作するのに必要な電流を はるかに上まわる電流を生じ、従ってエネルギー効率は良くない。第2の既知の 単一変圧回路はループ長とは独立した本質的に一定の電流を加入者セットに与え る。しかし2通常の加入者セットはバリスタを持っており、これは短い低抵抗ル ープに接続されたセットから送 される音声信号の振幅を制限するように有利に 動作する。もしこのような従来の加入者セットに対して一定の電流が供給されれ ば、このような望ましいループに依存したバリスタの動作はもはや可能ではなく なる。
ループ長に無関係に本質的に一定の大きさの電力を供給する電池電源は定電圧回 路よりもエネルギー効率が良く、短いループの場合に音声信号の振幅を制限する ためにバリスタを使用することができることがわかった。
しかし定電力回路の動的出力インピーダンスは、加入者ループの直流抵抗と共に 典型的には変動し、これによって回路はPBXその他のループを終端する電子回 路と互換性のないものになってしまう。
発明の要約 本発明によると、電池供給と音声結合の機能の両方を実現し、予め定められたル ープ独立の動的出力インピーダンスを有する単一の変圧器を利用した浮動、定電 力。
電池供給回路が実現される。回路は本質的に一定の大きさの直流電力がその直流 抵抗に関係なく負荷に供給されるように直流電圧を負荷に供給し、また交流電圧 を負荷に与える。電源はまた負荷に与えられた電圧を表わす戻り信号を発生する ために負荷に結合されたフィードバック回路と戻り信号を直流成分と交流成分に 分離するためのフィルタ回路とを含んでいる。割算回路は戻り信号の交流成分を 戻り信号の直流成分で割った商に直接比例したフィードバック信号を発生し、制 御回路はこのフィードバック信号に応動して負荷に供給される交流電圧の大きさ を制御する。
図面の簡単な説明 本発明のより完全なる理解は以下添付の図面を参照した説明を検討することによ って得られるものである。
第1図は第5図に示すように本発明に従うライン回路に組合せられるスイッチン グモードのフライバック電力変換器の回路図; 第2図および第3図は第1図に示した電力変換器に関連する種々の電流・電圧波 形の図: 第4図は第1図に示した電力変換器の電圧−電流特性の図: 第5図は本発明の一実施例たるライン回路の回路図:第6図、第7図、第8図お よび第10図は第5図に示したライン回路に含まれた回路の特定の実現例の図; 第9図は第5図に示された負荷の交流等化回路:第11図は第5図に示したライ ン回路の一部の回路図;第12図は第11図の回路の他の実施例である。
詳細な説明 第1図はライン回路におけるスイッチングモードのフライバック電力変換器の回 路図である。変換器は電力駆動回路10,1次巻線31と2次巻線32とを有す る変圧器30,1対のダイオード41.42および低域フィルタ43を含んでい る。変換器は48ボルトの電池からエネルギーを受け、電池は正の端子が接地さ れ、負の端子は−vbat となっており、これから1対の端子TおよびRを経 由して負荷44に浮動出力電圧を供給するようになっている。
電力駆動回路10は256キロヘルツの12%%のデユティサイクルのクロック サイクルを使って動作し、このクロックはCLCと名付けられた端子に受信され るようになっている。各々の受信されたクロックパルスはフリップフロップ11 をセットし、これによって1次巻線31に電圧を与えるように動作する電解効果 トランジスタ12をオンとする。1次巻線31に関する2次巻線32の極性はダ イオード41および42が逆バイアスされ、2次巻線32を電流が流れないよう になっている。
電流の直線的5ζ増大するランプが1次巻線31(第2図)を流れはじめる。こ のランプの勾配は9巻線61のインダクタンス乙に依存するが、ダイオード41 および42の逆バイアスのために負荷44とは独立になる。電流が1次巻線31 を流れるときに、モニタ信号と呼ばれる比例した電圧が直列接続された抵抗の両 端に発生し、その電圧は導体14を経由して電圧比較器15の第1の入力端子に 与えられる。比較器15の第2の入力端子は電圧加算器18からの出力信号を受 信する。電圧加算器18は音声を表わす導体17上の交流制御信号電圧■s と 規準電圧源16によって発生される直流電圧を加算する。
1次巻線ろ1の電流が増大して、導体14の電圧が電圧加算器18の出力信号に 等しい点に達したときに、比較器15はパルスを発生し、これがフリップフロッ プ11をリセットして、これによってトランジスタ12をオフにする。この方法 によって、交流電圧vs は1次巻線31で得られる最大の電流とこれに対応す る蓄積エネルギーの大きさを制御する。第3図は多数の256キロへルック〕ク ロックサイクルにわたって1次巻1i31を流れる゛電流を示す図である。第6 図で点線で示された電流の尖頭値の包絡線は規準電源162と交流電圧ls に 直接比例する交流の音声電流成分に1Vs Kよって決定される直流すなわち平 均電流値■、の和として表わすことができる。
トランジスタ12がオフになったときに、1次巻線31には電流は流れず、2次 巻線32の両端の極性は反転してダイオード41および42は順バイアスとなる 。ダイオード41と42が順バイアスされたときに、電流の直線的に減少するラ ンプが2次巻線32(第2図)を流4Lる。この電流は低域フィルタ46を経由 して低域フィルタ43のパラメータは直流と音声は通過し、高周波、特に256 キロヘルツとその高周波は除去されるようになっても・る。従って端子Tおよび Rの両端の電圧は256キロヘルツのクロックサイクルの各々の開本質的に一定 である。部品の不完全による損失を除いて、変圧器ろ0に蓄積されているすべて のエネルギーはクロックサイクルのこの部分の間にフィルタ46と負荷44に与 えられる。2次巻線32の、電流は0に減少し9巻線31あるいは巻線32には 次の′70ツクパルスの受信まで飛流が流れることはない。
もし交流電圧Vs がOであれば、負荷44の直流抵抗とは無関係に48ボルト の電流から変圧器60へまた変圧器ろ0かも負荷44に、エネルギーは一定の割 合で転送される。従って、負荷44にはその直流抵抗とは無闇l系に一定の大き さの直流電力が与えられる。換言すれは。
出力電圧の直流成分■LDは一定の電力が保たれるように負荷44の直流抵抗に 正確に比例して変化する。交流電圧v3 が口でなければ、出力電圧は交流成分 ■1.Aも含み。
負荷44に交流成分lL を生ずる。−り1Vs〈<リ という仮定が成立すれ ば、ゾL7X + ’□、 VSの関係として次の式%式% ここでTは256キロヘルツのクロック周期であり、ηは電力変換効率を示して いる。
1次巻線61の両端の底圧の波形図は第2図に示されている。2次巻線32の電 流が0に減少したあとに、リンキングが生じていることに注意していただきた℃ ・。このリンギングは変圧器30の分布容量に蓄積されたエネルギーに起因して いる。雑音を最小化し回路に望ましい定電力特性を保つために後述する手段が用 いられる。
端子TおよびRにおける定電力電池供給回路の動的出力インピーダンスZ9 は 負荷44の直流抵抗と共に変化する。この変化は第4図を参照してより完全に理 解することができる。定電力回路の電圧−電流関係はVI=一定の双曲線で表わ される。線L1とL2は二つの異る負荷p+、p2によって定められる電圧−電 流関係を示し、これらの負荷に接続されたときの定電力回路の動作点を表わして いる。第4図で表わされる電源の動的出力インピーダンス、よある点における電 圧の増分を電流の増分で割った値(T)である。ある点におけるV−I曲線の接 線がこの変化すなわち動的インピーダンスを表わす。定電流回路の動的出力イン ピーダンスは回路が点P1 で動作しているときには接、a21で表わされ5回 路が点P2で動作しているときには接線T2 で表わされる。後述する電話ライ ン回路で音声信号を通すために定電力電池供給を行なうためには、動的出力イン ピーダンスは種々の電f回路との互換性を保証するために2本質的に負荷インピ ーダンスである予め定められたインピーダンスに調整しなげればならない。この 例で示すライン回路では、この予め定められたインピーダンスは900ホームの 抵抗のインピーダンスを2.16マイクロフアラツドのコンデンサと直列に接続 したものとなる。
第5図は上述したフライバック電力変換器を用いた電話ライン回路の図である。
変圧器ろ0の第6の巻線63の両端に生じた信号を変更して、この変更された信 号を電力駆動回路1oの入力に与えることによって動的出力インピーダンスの調 整が行なわれる。第1のフィードバック電圧V、1は出力インピーダンスを負荷 とは独立にするために必要な調整を行なうために発生される。これはライン供給 回路が見かけ上無限の出力インピーダンスを持つようにすることによって実限さ れるが、これは第4図で出力インピーダンスを表わす接線を垂直になるまで時計 方間に回転することによって実現される。必要な回転の大きさは負荷44の直流 抵抗に依存しており、従って出力電圧■LDの直流成分に依存している。従って 、■、。
はVLDに適切に依存する。第2のフィードバック電圧”f2はその回路で指定 された所定の出力インピーダンスを実現するために使用される。
巻線33は2次巻線32に磁気的に結合している。フィードバック電圧vf、と ”f2が2次巻線62の両端の電圧でなく負荷44の両端の出力電圧によって決 まるようにするために、ダイオード41および42の効果は補償しておかなけれ ばならない。従って9巻線ろろの両端の電圧は第6図に詳1′i+lBに示した 補償回路20に送られる。
回路20はトランジスタ22を持っており、そのエミッタは抵抗21を経由して 巻線33に接続され、そのコレクタは抵抗26を経由して(−5ボルトの電源に 接続され。
そのベースは接地されて℃・る。巻線62の両端の電圧は負荷44の両端の出力 電圧より、ふたつのダイオードの電圧降下−すなわちダイオード41と42の電 圧降下の分だけ高くなっている。さらに1巻線33の両端の電圧は抵抗21の両 端の電圧より、ダイオード1個の電圧降下−すなわちトランジスタ22のベース エミッタ電圧だけ高(なって(・る。抵抗21の両端の電圧・°・まトランジス タ22のエミッタおよびコレクタの電流を決定し。
巻線ろ3と巻線62の巻数の比は1対2であるから、トランジスタ22のコレク タ電流とそのコレクタ電圧は負荷44の両端り出力電圧に依存するが、ダイオー ド41および42の電圧IQ下とは独立であることがゎがる。
導体24上に生ずるトランジスタ22のコレクタ電圧は反転さ几て尖頭値検出器 5oで検出される。尖頭値検出器50は負荷44の両端の′底圧に直接比例する 戻り信号心土に2CjLD+VL1.、、)を発生する。この戻り信号の直流成 分に2VLDは尖頭値検出器5oがらの出方信号を、約25ヘルツを越える周波 数を除去するように設計された低域フィルタ54を通すことによって得られる。
さらに。
尖頭値検出器50の出力は高域フィルタ52に与えられ。
これは約25ヘルツ以下の周波数を除去し、戻り信号の交流成分に2■LAを得 る。アナログ割算器56は高域フィルタ52かもの出力信号を低域フィルタ54 からの出力信号で割算することによって第1のフィードバック電圧■flを発生 する。この結果 を得る。ここでに5は割算器56に関連した比例定数を表わす。
第2のフィードバック電圧■f2は高域フィルタ52からの出力信号を固定利得 に4 を持つ増幅器5Bに通し。
次に増幅器5Bの出力信号を電圧伝達!関数H1を持つネットワーク80を通す ことによって発生される。Hl はネットワーク80の出力電圧とその入力電圧 の間の周波数に依存した1関数である。Hl の特定の形式は後述するように実 現されるべき予め定められた動的出力インピーダンスに依存している。ネットワ ーク80からの出力信号V、は次の式によって支配される。
”f2− K2に4H1vLA 、 (31交換ネツトワーク100(第5図) からの出力交流電圧■ はフィードバック“電圧■flおよびvf2と組合わさ れて電力駆動回路10に与えられる交流電圧Vs を生ずる。まずVBとvf2  はそれぞれ電圧加算器62の非反転入力端子と反転入力端子に接読される。後 述する理由で。
アナログ乗算器68は差信号と呼ばれる電圧加算器62の出力信号を低域フィル タ54の出力信号であるに2VLDで掛算する。乗算器68の出力信号は次に電 圧加算器70でフィードバック電圧V、に加算される。次式はVSとVB l  vf1 、vf2の関係を示している。
vs−に2に5vLD (”B vf2 ) + VHl(41ここでに5 は 乗算器68に関連した比例定数を表わす。
の交流インピーダンス化は900オームに等しい。前述したようにフィードバッ ク電圧V、はVLDに比例的に依存するようになっているので、動的出力インピ ーダンスは負荷とは独立になる。しかしl vf” vLD+ に依存するので 、もしアナログ乗算器68が回路に含まれて(・なければ、Gout もまた” LDに依存することになる。加算器62からの出力信号なに2■LD で乗算す ることによって’ ”LDには依存しない利得Gout を有利に実現すること ができる。
第5図のライン回路で、VLDには無関係に、予め定められた負荷独立の出力イ ンピーダンスと利得Gout を実現する条件を決定するために2次の解析を行 なう。まず。
上記の式(1)、 (2)、 13)および(4)を組合せて次式を得る。
として式(5)から次のように得られる。
式(6)を見れば、もし 1 −2に、 −に5 (7) であれば、ZB ばVLDには独立となることがわかる。この条件では 従ってZBを予め定められkzBの値を実現するためにはネットワーク80の電 圧伝達関数H4は次のようになっていなげればならない。
式(6)の分母の最後の項は、もし第2のフィードバック電圧■、2が回路に含 まれていなければ存在しないことに注意していただきたい。そのような条件では 1式(7)の条件を適用すれば、出力インピーダンスZB は無限となる。
第8図に示したネットワーク80の特定の実現法では。
容量Cを持つコンデンサ81と、抵抗値Rを持つ抵抗82と、利得Aを持つ増幅 器86を含んでいる。所望の出力インピーダンスzB は900オームの抵抗が 2.16マイクロフアラツドのコンデンサと直列になったもQ〕であるから、こ れを実現するには、ネットワーク80のパラメータは次の条件を満足しなげれば ならない。
RC= (900ohms ) (2,16uf) = 1.9114 m5e c 、LIO)()outの定義としてZLを900オームに等しいとすれば。
式(5)から出の交流利得Gout もめることができる。
ZLは900オームに等しく2式(8)で示すようにzBはvLDに依存しない から、 、、>o’ut もまたVLDとは独立である。
交換ネットワーク100から負荷44に対して交流信号を送信する他に、第5図 のライン回路はまた負荷44で発生した交流信号を交換ネットワーク100に送 信することができる。交流の目的では負荷4Aは交流電源vAがインピーダンス ZL(第9図)と直列に接続されたものとして表わすことができる。出の交流信 号が存在しないとすれば、端子TおよびRの両端の電圧の交流成分■ は交流信 号VA からだけ生ずることになる。巻線A 3′2と66の磁気的結合と前述しん補償回路20.尖頭値検出器50.高域フ ィルタ52および増幅器58の動作によって、増幅器58の出力電圧に2 ”4  ”L+えは゛化□に直接比例することになる。出の交流信号VB の存在が交 流ネットワーク100に送られる入すの交流信号■。に影響しな(・ことを保証 するためには、ハイブリッドネットワーク90が必要である。ネットワーク90 はネットワーク90の出力電圧と入力電圧に関して2周波数に独立した電圧伝達 関数=■2を持っている。出の交流信号■8はハイブリッド・ネットワーク90 を通過し、ハイブリッド信号と呼ばれるネットワーク90の出力信号と、増幅器 58からの出力信号はそれぞれ電圧加算器66の反転入力端子と非反転入力端子 に接続される。加算器66からの出力信号は入りの交流信号■。である。従って 。
仄の式が成立する。
Vc 3=に2に4 VLA)I2 VB I3)■(2・まVBに起因する増 幅器58の出力端子の任意の電圧ハイブリッド・ネットワーク90かもの出力信 号によって相殺されるように選択しておかなければならない。
、(2を決定するために式112)で与えられる結果を式1131に代入する。
(この」易合、ZL は900オームの値に限定されるわけではなく、負荷44 の交流インピーダンスを表わす。)VAかOであるとき、入力の交流信号■。は Oであるという条件を適用すると2次式を得る。
式(14)かられかるように、■(2は負荷44の交流インピ式1i4)かられ かるように、I2は負荷44の交流インピーダンスzLに依存しなげればならな い。化はこの例のライン回路が加入者セット、PBXあるいは他の何かの電子回 路のいずれに接続されているかと、接続に使用されているループが装荷されてい るか無装荷であるかによって変わる。加入者セットに無装荷ループが接続されて いる場合には、zL は一方の段に80ロオームの抵抗を持ち他の段に100オ ームの抵抗と05マイクロフアラツドのコンデンサが直列に接続されている並列 接続として表わされる。この場合に対応するハイブリッドネットワーク90の特 定の実現法は第10図にそれぞれR3、R1およびR2の値を持つ6つの抵抗9 1.92および96と、それぞれ容量C1およびC2の容量を持つ2つのコンデ ンサ94および95と、利得A1 を持つ増幅器96を含むものとして示されて いる。式(14]によって要求される伝達間eH2を実現するためには Ha = 800 aオーム (15)R1= 100 aオーム 06) R2=900aオーム 1171 C1=−057a :AF I8) C2−2,167a MF (19) の条件を満足しなければならない。ここでaは任意の定数である。異る負荷条件 に対応するネットワークの実現法は周知の方法によって誘導できる。もしひとつ のライン回路をいくつかの異るタイプの負荷に関連して異る時点で使用するとす れば、必要なネットワークをこれに従って回路に接読したり、切離したりすれば よい。
第5図のライン回路に含まれた種々の回路に関連する比例定数に1乃至に5は当 業者には周知の方法によって先の解析で得ら゛れた条件を容易に満足するように 調整できる。例えば1乗算器68を実現するのに用いられた特定のアナログ乗算 器の入力電圧と出力電圧の測定された値の比が所望の定数に5 でなげれば、適 切な比例定数を実現するために適当なスケーリング増幅器を用いればよい。
先に説明したように、変圧器30についてはその分布容量に蓄積されたエネルギ ーな放散することが望ましく。
これはもし放散できなげれば、1次巻線61の両端にリンギング電圧を生ずるこ とになる。これを実現するために2巻線36はトランジスタ28を含むリングダ ンパ回路25(第7図)に接続されている。トランジスタ28のエミッタは接地 され、そのコレクタはダイオード27と直列接続された抵抗26を、径由して巻 線63に接続され、そのベースはタイミング回路29によって駆動される。各サ イクルの1次巻線ろ1を電流が流れて℃・る部分では巻、腺33の両端の電圧は 正であり、変圧器30にエネルギーを蓄、漬できるようにトランジスタ28はタ イミング回路29によってオフに保たなければならない。比較器15(J1図) がパルスを発生したときに、1次巻線61を流れる電流は停琲、し、2次巻線3 2を流れはじめる。タイミング回路29はトランジスタ28にベース電圧を与え るが9巻線33の両端の電圧は負であり、ダイオード27は逆バイアスされるの で、コレクタ電流は流れない。しかし、2次巻線ろ2の電流が0に減少したとき 2巻線36の電圧はリンキングの第1サイクルの間に正に振れることになる。従 って、ダイオード27は順バイアスされ、トランジスタ28は電流を流し、臨界 制動の値に選択された抵抗26がリンギングのエネルギーを放散する。タイミン グ回路29は256キロヘルツのクロックと導体19を経由して比較器15の出 力を受信し2周知の手段によってトランジスタ28を制御する信号乞誘導する、 第5図のライン回路は電圧モードの実現として説明した。相補的バイポーラ集積 回路を使用した電流モードの実現もまた可能である。さらに第5図り)点線の左 に示したライン回路の部分は、その回路の部分に必要な周波数応答特性のために 、スイッチドキャパシタ技術を使っても実現できる。その場合には、電圧加算器 62および66の入力は1回路の雑音特性を改善するために、適切な定数C1乃 主C4でスケーリングして良い。これらの定数の前述した解析における効果は第 11図および第12図に示したこの二つの回路の等画性を検討することによって 理解できる。第11図は第5図のライン回路の一部の回路図であり、第12図は スイッチドキャパシタ技哨による実現のための第11図の回路の他の実施例であ る。
FIG、6 FIG、 8 FIG、 9

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 単一の変圧器(30)によって直流抵抗負荷(40〕に結合された電力供給回路 において。 負荷に対して交流および直流成分を持つ電圧を供給するために変圧器(30)の 第1 (31)および第2(32)の巻線を通して負荷(44)に手段(1(3 ,4l−46)が結合されており、直流成分は直流抵抗には依存しない本質的に 固定した大きさの直流電力を供給し:負荷に供給された電圧を表わす戻り信号を 発生するために、変圧器の第2の巻線(32〕と第3の巻線(33)を経由して フィードバック手段(20,50)が負荷に結合されており; フィルタ手段(52,54)が戻り信号を直流成分と交流成分に分離し: 交流成分を直流成分で除した商に比例したフィードバック信号を割算回路(56 )が発生し。 フィードバック信号に応動して負荷に与えられる交流電圧の大きさを制御する手 段(70)を含むことを特徴とする電力供給回路。
JP57502587A 1981-09-03 1982-07-26 電話ライン回路 Pending JPS58501401A (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/299,156 US4402039A (en) 1981-09-03 1981-09-03 Telephone line circuit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS58501401A true JPS58501401A (ja) 1983-08-18

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