NL8102961A - Stroomgestuurde batterijvoedingsschakeling. - Google Patents

Description

-1- 21900/JP/ts I ···.».

Korte aanduiding: Strobmgestuurde batterijvoedingsschakéling.

De uitvinding heeft betrekking op een batterijvoedingsschakéling voor het toevoeren van een gelijkstroombelastingstroem naar een belasting 5 van een. bron van gelijkstroomspanning.

In het algemeen is deze uitvinding gericht op elektronische schakelingen, voor het toevoeren van gelijkstroominstelling en wisselstroomsignaal-vermogen naar een belasting en in het bijzonder op een batterijvoedings-schakeling, die bruikbaar is in een fcelefoniestelsel voor het toevoeren 10 van gelijkstroom van een centrale naar een telefoon-abonnee-lus.

In een telefoniestelsel dient door abonnee-lussen vermogen te worden toegevoerd van een telefooncentrale naar verschillende abonnees ervan.

De apparatuur van de abonnee, zoals een telefoon, dient voldoende elektrische stroom te ontvangen om op de juiste wijze te werken. De elektrische schake-15 ling in de telefooncentrale, die de stroom toevoert naar de belasting, gevormd door de transmissielijn en de apparatuur van de abonnee is bekend als een batterijvoedingsschakéling.

De batterijvoedingsschakéling, voert een gelijkstroom toe naar de abonnee. Op de gelijkstroom zijn wisselstroomsignalen gesuperponeerd, gê-20 bruikelijk met een audiofrequentie, waardoor informatie wordt overgedragen naar de abonnee van de telefooncentrale en van de abonnee naar de telefooncentrale.

Teneinde de batterijvoedingsschakéling en andere telefoniecentrale apparatuur te beschermen, worden gelijkstroombronimpedanties gebruikt in ' 25 de schakeling, teneinde ongewenste grote stromen, die kunnen optreden na een kortsluiting in de abonnee-lus, te voorkomen. Een direkte oplossing met het gebruik van een grote bronimpedantie zal echter de maximale lengte van de transmissielijn, die de abonnee-lus vormt, verkleinen. Enige verschillende benaderingen, die zijn gebruikt bij het pogen de gelijkstroom-30 impedantie aan te p,assen aan de condities, die worden opgelegd door de belasting van de transmissielijn, zijn beschreven in het Amerikaanse octrooi-schrift 4.176.255.

Een aan batterijvoedingsschakelingen gerelateerd probleem is dat van het vermogensverbruik. Een batterijvoedingsschakéling, vervaardigd 35 als een geïntegreerde schakeling, zal fysisch compact en betrouwbaar zijn, maar geïntegreerde schakelingen hebben een geringe mogelijkheid vermogen 'éT\ te dissiperen. Een batterijvoedingsschakéling met laag vermogen, zal vol-jp doen aan de vereisten opgelegd door de geïntegreerde schakeling. Bovendien /; is het gewenst, dat het totale batterijvoedingsstelsel, inelusief de

Ij 81 02 9 6 1 -2- 21900/JF/ts batterijvoedingsschakeling en de transmissielijn, zo weinig mogelijk vermogen dissiperen met het oog op energiebesparing.

Derhalve voorziet de uitvinding in een inrichting van de in de aanhef genoemde soort, welke is gekenmerkt, doordat deze omvat: 5 ^ een terugkoppelorgaan, dat in responsie op de belastingstroom een terugkoppelstroom opwekt, welke evenredig Is met de feelastlrigstroom, een impedantieorgaan »dat in responsie op de terugkoppelstroom een stuurspanning opwekt, welke evenredig is met de terugkoppelstroom, een instelorgaan, dat in responsie op de gelijkstroombronspanning een instelspanning opwekt 10 met een vooraf bepaald verband met betrekking tot de bronspanning en een versterkerorgaan, dat in responsie op de instelspanning en de stuurspanning een uitgangsspanning opwekt in een tegengekoppeld verband met de belastingstroom, welke uitgangsspanning de belastingstroom naar de transmissie^ lijn stuurt.

" De bovengenoemde en andere problemen worden opgeheven of wjezenlijk verkleind door deze nieuwe batterijvoedingsschakeling, waarvan ie stuurspanning, die de belastingstroom naar een belasting voert, is gemodificeerd door een tegenkoppelbesturing van de belastingsstroom.

De belastingsstroom regelt dus de uitgangsspanning, die de belas-20 tingsstroom door de belasting stuurt. Door een tegenkoppelverband te hebben met de uitgangsspanning, neigt een toeneming in de belastingstroom de uitgangsspanning te verkleinen, waardoor onnoodzakëijke toeneming van de belastingstroom wordt voorkomen. Bovendien omvat het impedantieorgaan, dat de eerste ,)spanning van de terugkoppelstroom opwekt, verder een stroomopwekkings-25 orgaan, dat dusdanig met de schakeling is verbonden, dat de stuurspanning alleen wordt opgewekt, wanneer de terugkoppelspanning boven een vooraf bepaalde waarde is. Het gevolg hiervan is, dat geen terugkoppeling optreedt totdat de belastingstroom stijgt boven een andere vooraf bepaalde waarde. Dit garandeert dat de batterijvoedingsschakeling een minimale belastingstroom zal 30 voeden door de transmissielijn.

Verder wordt voorzien in een batterjjvoedingsschakeling, voor het toevoeren van een gelijkstroombelastingstroom naar een belasting van een bron van gelijkstroomspanning, welke volgens de uitvinding is gekenmerkt, . doordat deze omvat: 35 een terugkoppelorgaan, dat in responsie op de belastingstroom èen stroom opwekt, welke evenredig is met de belastingstroom, een impedantieorgaan dat in responsie op de terugkoppelstroom een stuurspanningscomponent opwekt, /welke evenredig is met de terugkoppelstroom, welk impedantieorgaan verder in responsie op de gelijkstroombronspanning een stuursignaal opwekt, welk in hoofdzaak gelijk is aan de bronspanning, gemodificeerd door de stuurspan- 81 02 9 6 1

1 I

-3- 21900/JF/ts ningscomponent, een regulatororgaan, gevoed door de gelijkstroomspanningsbron, dat in responsie op de stuurspanning een uitgangsspanning opwekt, welke in hoofdzaak gelijk is aan de stuurspanning, een instelorgaan, dat in responsie op de stuurspanning een instelspanning opwekt, met een vooraf bepaald verband 5 met betrekking tot de stuurspanning en een versterkerorgaan, gevoeg door de regulatoruitgangsspanning, dat in responsie op de instelspanning φη uitgangsspanning opwekt in een tegengekoppeld verband met de belastingstroom, welke versterkeruitgangsspanning de belastingstroom naar de transmissionjn stuurt.

10 Deze schakeling heeft een regulator, die de versterker voedt, welke versterker de stuurspanning voor de belastingstroom opwekt. Dit resulteert in een stabielere schakelingswerking en een mogelijke verdere vermindering van het vermogensverbruik door de batterijvoedingsschakeling.

Een vollediger begrip van de uitvinding, te zamen met de voordelen 15 en kenmerken ervan, kan worden verkregen door het beschouwen van de volgende gedetailleerde beschrijving en de bijbehorende tekening, waarin: fig. 1 een vereenvoudigd schakelingsschema· van de stand van de techniek is; fig. 2 een vereenvoudigd schakelingsschema van de stroomgestuurd 20 terugkoppelschakeling van de onderhavige uitvinding is; fig. 3 een schakeling toont met een stroomgestuurde terugkoppeling, voorzien van een regulator als een voedingsbron voor de versterker; fig. MA een gedetailleerd schakelingsschema toont van een lineaire regulator; 25 fig. MB een schakelingsschema toont van een schakelende regulator; fig. 5 een gedetailleerd schakelingsschema toont van een spanning-naar-stroom-omzetter; fig. 6 een batterijvoedingsverschilschakeling van de onderhavige uitvinding toont; 30 fig. 7 een andere batterijvoedingsverschilsehakeling van de onder havige uitvinding toont; fig. 8 een gedetailleerd schakelingsschema van een stroomgenerator toont; en fig. 9 een grafiek is, die de doelmatigheid van de stroomgestuurde 35 terugkoppelschakeling van de onderhavige uitvinding toont.

Fig. 1 toont een vereenvoudigde weergave van een bekende batterijvoedingsschakeling. De ab©nnee-lus wordt vertegenwoordigd door eentransmis-sielijn 1? en een element 18 vertegenwoordigt de gelijkstreombelastings-impedantie R^ van de abonnee-lus. De transmissielijn 17 is door middel van 81 02 9 6 1

] I

-4- 21900/JF/ts een klem 16 verbonden met de batterijvoedingsschakeling. Een belastingstroom 1^ wordt door de uitgangsklem van een operationele versterker 10 door middel van een bronimpedantie 12 met een waarde R^ naar de trans-missielijn 17 toegevoerd. De operationele versterker 10 wordt door middel 5 van een klem 13 gevoed door een gelijkstroomspanningsbron, die in de figuur niet is getoond. Het gelijkstroomingangssignaal naar de operationele versterker 10 geschiedt door middel van een klem 14. Deze ingangsspanning is gebruikelijk de voedingsspanning V^, verschoven door een instelspanning VINST ‘ De bronsPannine wordt verschoven door de instelspanning, teneinde 10 enig spanningsverschil mogelijk te maken tussen de spanning, toegevoerd als een voedingsspanning naar de versterker 10 en de ingangsspanning ervan, teneinde het mogelijk te maken, dat de versterker op de juiste wijze werkt.

De instelspanning is noodzakelijk om te verzekeren dat de wisselstroomsig-nalen niet worden geklemd door de begrenzingen van het werkbereik van de 15 operationele versterker 10. Informatie wordt overgedragen naar de abonne-lus door een spanningssignaalbron door middel van een klem 19, welk span-ningssignaal is gesuperpóneerd op ^s'^INST een spanningssommeersub- schakeling 30. De gesommeerde spanningen worden gevoerd naar de ingang van de versterker 10. Met het oog op de illustratie, wordt aangenomen dat 20 Vg positief is met betrekking tot aarde en een pijl 15 geeft de richting van de belastingsstroom aan.

In tegenstelling tot bekende batterijvoedingsschakelingen, is een nieuwe batterijvoedingsschakeling met terugkoppeling getoond in fig. 2.

Hierna wordt, wanneer hetzelfde element met dezelfde functie wordt gebruikt 25in een voorgaande tekening, dezelfde nummering behouden.

Tussen het schakelingspunt 11 en de klem 16 heeft de batterijvoe-dingsschakeling in fig. een terugkoppelschakelingsblok 20, dat een terug-koppelstrootn KI^ opwekt, welke evenredig is met de belastingsstroom naar de transmissielijn 17. Binnen het schakelingsblok 20, aangegeven door een 30 streeplijn, is een terugkoppelimpedantie 22 aangegeven door Rp aanwezig.

De belastingsstroom dient door de impedantie 22 te passeren, waardoor een spanning over de impedantie wordt opgewekt. Twee leidingen, 23 en 24, verbonden met een respectieve zijde van de impedantie 22, drukken de spanning over de impedantie op een spanning-naar-stroom-omzetter-schakelingsblok 35 22. De omzetter 21 wekt de stroom KI^ op.

Deze terugkoppelstroom, waarvan de richting is aangegeven door een pijl 31, wordt gevoerd naar een impedantieorgaan 25, aangegeven door een insluitende streeplijn. Het impedantieorgaan 25 heeft een weerstand 26, die hierna ook wel Rg-pgyp wordt genoemd, waardoor de terugkoppelstroom . .

81 02 9 6 1 /' 1 ] -5- 21900/JF/ts wordt doorgelaten. Deze wekt een spanning op, die evenredig is met de terug-koppelstroom. Parallel verbonden aan de weerstand 26 is een stroomgenerator 27. Deze is zo verbonden, dat deze een stroom afgeeft, waarvan de richting tegengesteld is aan het vloeien van de terugkoppelstroom door de weerstand 526. Een pijl 33 toont de stroomrichting van de generator 27 in vergelijking met de richting van de terugkoppelstroom door^de weerstand 26, aangegeven door pijl 32. Werking van de generator 27 is zodanig ontworpen, dat de opgewekte stroom is aangepast aan de terugkoppelstroom KI^, wanneer de terugkoppelstroom minder is dan een maximale opgewekte stroom IOTr_n . ( Een 10 gedetailleerdere beschrijving van de generator 27 zal verderop worden gegeven). Aangezien er geen stroom vloeit door de weerstand 26, totdat de terugkoppelstroom de maximaal opgewekte stroom IDririD overschrijdt, blijft de stuurspanning nul. Wanneer de terugkoppelstroom de maximaal opgewekte stroom overschrijdt, wordt een stuurspanning opgewekt, die evenredig is met de 15terugkoppelstroom, die op zijn beurt evenredig is met de belastingstroom.

De stuurspanning is dus evenredig met de belastingstroom met een verschuiving.

Een condensator 28 is eveneens verbonden met de weerstand 26, teneinde elke willekeurige wisselstroomspanning die kan worden opgewekt over een 20 weerstand te shunten van de terugkoppelstroom. Op deze wijze reageert de terugkoppelschakeling alleen op laagfrequentsignalen, inclusief gelijkstroom.

De stuurspanning wordt dan gesommeerd door een spanningssommeerscha-kelingsblok 30 met bijvoorbeeld een sommeerversterker en spanningsinvertoren en wordt toegevoerd naar de ingang van een operationele versterker 10,die wordt voor-25 zien van de gelijkstroombronspanning door middel van de klem 13.Het ingangssignaal naar de versterker 10 is de voedingsspanning min een instelspanning en verder min de .stuurspanning. Dit ingangssignaal treedt dan op aan de uitgang van de versterker 10, aangegeven door een schakelingspunt 11. Deze uitgangs-spanning is de stuurspanning voor de belastingstroom naar de transmissielijn 30 17 door middel van de klem 16. Uit dit verband tussen de uitgangsspanning, de belastingstroom en het tegenkoppelvërband daartussen, resulteren de volgende vergelijkingen voor de belastingsstroom: I = VS " VINST. voor I £ IBEGR.

"f *"l k 35 Vs VINST. + IBEGR.RSTUUR t v. ibegr.

:L pF♦ v„L-— *L ^ K

81 02 9 6 1 -6- 21900/JF/ts

Merk op, dat evenals in fig. 1, V^j^ wordt gesuperponeerd op de gelijkstroombelastingstroom door middel van de klem 19 en de spannings-sommeersubschakeling 30. Aangezien Vgj ^ geen gelijkstroom is, is deze niet getoond in de hierboven of beneden staande berekeningen.

5 Verder dient opgemerkt te worden, dat de onderhavige uitvinding de terugkoppelimpedantie 22 ingesteld heeft of Rp met het oog op lagere vermogensdissipatie. Rp kan een niet-geschikte aanpassingsimpedantie zijn, voor signalen naar en van de abonnee. Een manier voor het aanpassen van impedantie bij de abonnee op signaalfrequentie en Rp ongewijzigd latend voor de gelijkstroombelastingstroom, is getoond in de Amerikaanse octrooi-' 10 aanvrage

Deze schakeling is uitermate nuttig·;., omdat dit een minimale belastingstroom garandeert en daarna, wanneer de belastingsimpedantie afneemt, de belastingstroom niet zo snel toeneemt als bij de bekende schakeling, getoond in fig. 1. De snelheid van de stroomtoeneming wordt bepaald door 15 de keuze van de waarde van KRgTyUR.

Fig. 9 toont de' vermindering van de belastingstroom, die mogelijk is door de terugkoppelschakeling van· de onderhavige uitvinding. In de tekening is de belastingstroom It uitgezet tegen de belastingsimpedantie Rt.

Lijn II geeft het gedrag aan van de belastingstroom naarmate RL toeneemt 20 voor een bekende batterijvoedingsschakeling waarbij 400 & is en V 1|8 volt in overeenstemming met telefoniespecificaties. Dit voldoet aan het vereiste, dat voor een 1600Jl belastingsimpedantie een minimale belastingstroom van 23 mA wordt opgewekt en voor een transmissielijnkort-sluiting 1^ 120 mA niet overschrijdt.

25 De lijnen III, IV en V tonen hoe de belastingstroom grotendeels wordt verminderd door de terugkoppelschakeling van de onderhavige uitvinding, waarbij Rp, die Rg vervangt, slechts 50 JL is en bij dezelfde bronspanning.

De waarden van K en worden gekozen om respectievelijk maximale be lastingstromen van 100, 70 en 50 mA te hebben, wanneer R^ gèlijk is aan nul. 30 Waarden van K en RSTUUR/ gekozen voor het instellen van de maximale belastingstroom van 120 mA, wekken een karakteristiek op, die gelijksoortig is aan lijnril.

Lijn I toont hoe ongeschikt een bekende schakeling met Rg gelijk aan 50 ohm zou zijn.

35 De figuren 5 en 8 verklaren sommige van de schakelingsblokken in fig. 2. Een stroomgeneratorschakeling, werkend zoals hierboven toegelicht, is getoond in fig. 8. Een klem 117 is verbonden met een spanningsbron, die positief is met betrekking tot aarde, waarmee een tweede klem 118 is verbon- 8102961 -7“ 21900/JF/ts den. Een'weerstand 111 en een zenerdiode 113 zijn in serie verbonden tussen de klemmen 117 en 118. Eveneens verbonden met de klem 117 is een collector van een NPN-transistor 114, waarvan de basis is verbonden met een schakelingspunt tussen de weerstand 111 en de zenerdiode 113· De emitter 5 van de transistor 114 is verbonden met een weerstand 112, die op zijn beurt met het andere einde ervan is verbonden met de basis-collector van een als diode verbonden NPN-transistor 115. De emitter van de transistor 115 is verbonden met de klem 118 en de klem 118 is verder verbonden met de emitter van een NPN-transistor 116, waarvan de basis is verbonden met de basis van 10 de transistor 115. De opgewekte stroom wordt doorgelaten door de collector van de transistor 116 naar een klem 119 verbonden met een knooppunt 3S in fig. 2. Uit een bestudering van deze schakeling blijkt, dat een constante stroom vloeit door de weerstand 112. De zenerdiode 113 drukt een constante spanning op over de weerstand 112 ( min twee basis-emitterdiodespannings-15 vallen); de weerstand 112 bepaalt dus de stroom door de transistor 115.

Wanneer de transistor 116 in een actieve modus is, dan wordt een stroom met dezelfde grootte opgewekt door de collector van de transistor 116 als door de transistor 115, aangezien de ’emitters en basis van de transistoren 115 en 116 onder gelijke condities zijn. Deze stroom is 1^, de maximale op-20 gewekte stroom.

Opgemerkt dient echter te worden, dat de opgewekte stroom de terug-koppelstroom door de weerstand 26 niet kan overschrijden. In dat geval is de transistor 116 in een verzadigde modus, niet in een actieve. De opgewekte stroom past dus qua grootte bij de terugkoppelstroom, totdat 25 wordt bereikt. Wanneer de terugkoppelstroom verder toeneemt, blijft de opgewekte stroom IggGR ·

Merk op dat de stroomgeneratorschakeling eenvoudig kan worden ontworpen om de richting van de stroom daarvan om te keren.

Fig. 5 is een gedetailleerd schema van de schakeling voor een spanning- 30 naar-stroom-omzetter, aangegeven door het bloksymbool 21 in fig. 2 en 3·

De spanning over de weerstand 22 IR wordt toegevoerd naar een operationele L r versterker 43 door middel van de niet-inverterende en inverterende klemmen ervan. Een weerstand 55 is in serie verbonden met de inverterende ingangsklem van de versterker 43. Op zijn beurt is de uitgang van de versterker 43 ver-35bonden met de basis van transistor 44, waarvan de emitter is verbonden op een teruggekoppelde wijze met de inverterende ingangsklem van de versterker 43. De collector van de transistor 44 is de uitgang voor de omzetter, die een stroom zal opwekken, die evenredig is met een factor K met de belastingsstroom, lopend door de weerstand 22.

81 0 2 9 6 1 II.

-8- 21900/JF/ts

De evenredigheidsconstante K wordt bepaald door de verhouding van R tot de weerstand 55. Dit kan worden ingezien door op te merken, dat ideaal Γ gezien, de ingangsspanrlingen van de operationele versterker gelijk zijn en geen stromen daardoor lopen. De stroom lopend door de weerstand 55 is gelijk 5 aan de spanning over de weerstand R„ gedeeld door de waarde van de weerstand Γ 55. Deze stroom ,ΚΙ^ loopt door de emitter van de weerstand 44. De collector van de transistor 44 heeft nagenoeg dezelfde stroom als de emitter. Merk op dat de richting van de stroom kan worden omgekeerd door het veranderen van de verbidingen met R en het transistortype in PNP.

Γ 10 Fig. 3 toont een batteéijvoedingsschakeling volgens de onderhavige uitvinding, die een regulator 40 heeft, welke is tussengeschakeld tussen de bron van gelijkstroompotentiaal, verbonden door middel van de klem 13 en de voedingsbron voor de operationele versterker 10. De terugkoppelstroom KI^ wordt opgewekt door de spanning-naar-stroom-omzetter 21» die reageert 15 op de hoeveelheid belastingstroom, vloeiend door de weerstand 22 en de belasting 18 door middel van de klem 16. De terugkoppelstroom loopt door de weerstand 26 oftewel R , welke een spanning opwekt, die evenredig BEGR.

is met de terugkoppelstroom. Met één einde is de weerstand 26 verbonden met de voedingsbron. Aan een knooppunt 45 wekt de weerstand 26 een stuur-20 spanning op, die gelijk is aan de voedingsspanning min de spanningsval over weerstand 26. De stuurspanning is het ingangssignaal naar de regulator 40, die deze spanning ervan volgt aan de uitgang ervan. Een schakelingspunt 29 vertegenwoordigt de uitgangsklem van de regulator 40. De regulatoruitgang vloeit in de versterker 10, die is opgezet in een modus met een niet- geïn-. 25 verteerde versterkingsfactor van twee met een weerstand 35 en met een waarde gelijk aan die van de weerstand 36. Het ingangssignaal van de versterker 10 wordt genomen van een instelschakeling, die niet in de figuur is getoond, welke een ingangsspanning opwekt, die gelijk is aan de helft van de stuurspanning min de instelspanning. De versterker, die een schakeling is met 30 een niet geïnverteerde versterkingsfactor van twee, wekt tweemaal deze span -ning aan de uitgang ervan op, aangegeven door het schakelingspunt 11.

Deze schakeling heeft drie voordelen. Ten eerste heeft deze de tegen-koppeling, zoals in de schakeling in fig. 2, welke de toeneming van de belastingsstroora vermindert, wanneer de belastingsimpedantie afneemt. Het 35 vermogensverbruik in het totale stelsel wordt verlaagd, omdat minder stroom vloeit door de batterijvoedingsschakeling en door de belasting 18.

Ten tweede verzekert het gebruik van een spanningsregulator 40 een stabielere voedingsspanning naar de schakeling voor een betere werking. Tenslotte kan de schakeling in fig. 3 het vermogensverbruik verlagen door ge- 8102961 -9- 21900/JF/ts bruik te maken van een schakelende regulator voor de regulator 40. In een versterker wordt (vermogen gedissipeerd in overeenstemming met de hoeveelheid spanningsval tussen de voedingsbron van de versterker en de uitgang ervan.

De onderhavige schakeling heeft de hoeveelheid spanningsval vanwege de terug-5 koppellus “^tuuR’ optredend in de regulator 40 in plaats van de versterker 10. Van het gedissipeerde vermogen, behoort ÏT ((KI )R ' tot de regulator 40 en I^INST be^oort tot de versterker 10, wanneer I. groter is dan I /K. Wanneer V klein is met betrekking tot Vc en, R„ klein is, dan wordt het meeste van het vermogen bij zware belastingen

F

10 (lage R^) gedissipeerd door de regulator 40. Vdslgens de uitvinding in een uitvoeringsvorm die kenmerkend is om te werken in een telefoniestelse}., dient V„ 48 volt te zijn , VT.TO™ 3 volt en R„ 5 ohm. Wanneer de versterker 40 is ontworpen om van het schakelingstype te zijn, kunnen beduidende besparingen in vermogen worden verkregen met betrekking tot een standaard lineaire re-15 gulator.

Fig. 4A toont het schakelingsschema van een kenmerkende lineaire regulator. De spanningsbron Vg is verbonden met de collector van een ver-mogenstransistor 42, ingericht voor samenwerking met vermogensbelastingen.

De basis van de transistor 42 ontvangt het uitgangssignaal van een opera-20 tionèle versterker 41. De emitter van de transistor 42 vormt de uitgang van de regulator, hier verbonden getoond met de schakelingspunt 29 van de schakeling van fig. 3. De emitter is eveneens verbonden in een terugkoppellus met de niefc-inverterende ingang vandde operationele versterker 41. De inverterende ingang van de operationele versterker ontvangt een referentie-25 spanning, hier aangegeven door VgTUUR, dié daarna optreedt als de uitgang van de lineaire regulator op punt 29.

De lineaire regulator is verenigbaar met de rest van de schakeling.

Een operationele versterker, zoiftls die getoond door het verwijzingscijfer 41, is eenvoudig te integreren en de transistor 42 kan zijn verbonden als 30 een discreet element om deze te isoleren van de rest van de schakeling vanwege de grote vermogensdissipatie ervan.

Fig. 4B toont een schakelende regulator die dezelfde functie dient.

De voedingsspanning is verbonden met een driehoeksgolfgenerator 50. Generator is getoond als werkend op een frequentie van 60 KHz, teneinde audio-35 frequentieruis in een telefoniestelsel te voorkomen. De uitgang van de generator 50 is verbonden met één ingang van een vergelijker 52. De uitgang van de vergelijker is verbonden met één einde van een weerstand 57 en de basis van de transistor 53. Het andere einde van de weerstand 57 en de emitter 8102961 ( · -10- 21900/JF/ts van de transistor 53 is verbonden met de voedingsspanning. De collector van de transistor 53 is verbonden met een diode 54, waarvan het andere einde is geaard. De collector van de transistor 53 is eveneens verbonden met een inductor 55 aan één einde. Het andere einde van de inductor is verbonden met 5 de uitgangsleiding van de schakelende regulator, verbonden met het schake-lingspunt 29. De uitgang van de schakelende regulator is eveneens verbonden met een condensator 56, die met het andere einde ervan is geaard. Het doel van de condensator is het uitfilteren van elk willekeurig wisselstroomsignaal en het opslaan van gelijkstroomenergie. Verder wordt de uitgang teruggekop-10 peld naar een operationele versterker 51. Het terugkoppelsignaal passeert door een weerstand 59 en daarna naar de inverterende ingang van de versterker 51. De inverterende ingang van de versterker 51 is eveneens met de uitgang ervan verbonden door middel van een weerstand 58, die in waarde gelijk is aan de weerstand 59· De uitgang van de versterker 51 is verbonden met 15 de ingang van de vergelijker 52. De niet-inverterende ingang van de versterker 51 ontvangt de referentiespanning VormirT_. De schakeling werkt zo, oiUUn dat het verschil tussen V5TUUR en de regulatoruitgang wordt versterkt en wordt gebruikt voor het instellen van de puls/pauzeverhouding van de ver-gelijkeruitgang, waarvan de frequentie wordt ingesteld door de driehoek-20 golfgenerator. De puls/pauze-verhouding van de vergelijkeruitgang stelt de relatieve aan- en uittijdsturing. van transistor 53 in, die op zijn beurt de uitgangsspanning modificeert. Deze tegenkoppellus dwingt de uitgangsspan-ning naar een ν„_ΤΤΓΤη. Zoals is bekend aan vaklui op dit gebied, van de tech-nieif, zal de referentiespanning, vermenigvuldigd door de weerstandsverhou-25 ding, optreden op het schakelingspunt 29 met een significante vermogens-dissipatiebesparing in vergelijking met de standaard lineaire regulator, zoals bijvoorbeeld weergegeven door de schakeling in fig. 4A.

Een batterijvoedingsverschilschakeling in overeenstemming met de schakeling in fig. 3 is weergegeven in fig. 6. De belasting is getoond in 30 de vorm van een abonnee-lijn-lus 62, met een belastingsimpedantie, aangegeven door een blok 63. De lus 62 is verbonden mèt twee klemmen 60 en 61 van de batterijvoedingsschakeling. Twee terugkoppelweerstanden 64 en 65 met kleine waarden, van bijvoorbeeld 25 ohm, zijn verbonden met respectievelijk spanning-naar-stroom-omzetter 66 en 67. Deze wekken twee terugkoppelstromen op, die 35 evenredig zijn met de belastingsstroom lopend door de transmissielijn 62.

Deze twee terugkoppelstromen van de twee j benen van de batterijvoedingsschakeling, worden gecombineerd in één terugkoppelstroom, die loopt door een weerstand 81. Op een wijze zoals hiervoor beschreven, is een stroomgenerator 82 verbonden met de weerstand 81 om een verschuiving in de stuurspan- 8102961 -11- 21900/JF/ts ning aan te brengen, opgewekt door het 'lopen van de terugkoppelstroom door de weerstand 81. Op gelijksoortige wijze is de condensator 83 verbonden met de weerstand 81 teneinde alle wisselstroomsignalen van signaalspanningen optredend op de terugkoppelstroom uit te filteren.

5 Opgemerkt dient te worden, dat voor een optimale werking de ëven- redigheidsconstanten van de omzetters 66 en 67 gèlijk dieren te zijn, teneinde de terugkoppeling van de longitudinale modussignalen, opgewekt óp de lijn 62 te vermijden. Een longitudinaal modussignaal treedt op óp de klemmen 60 en 61 met dezelfde richtingspolariteit, waardoor de terugkoppelstromen 10 van de omzetters 66 en 67 in tegengestelde richting wordt opgewekt. Wanneer de twee evenredigheidsconstanten gelijk zijn, zullen de terugkoppelstroom-componenten, overeenkomend met het longitudinale modussignaal elkaar opheffen.

De stuurspanning, opgewekt door de totale terugkoppelstroom door de weerstand 81 is verbonden'met een schakelende regulator 68 als een 15 referentiespanning. De schakelende regulator 68 wordt gevoed door de voedingsspanning en het uitgangssignaal ervan is de voedingsspanning min de stuur-spanningscomponenten over een weerstand 81.

Een geschikte instelschakeling voor de versterkers 70 en 71 is eveneens·:getoond in fig. 6. De stuurspanning wordt gevoerd naar een operatio-20 nele versterker 85, verbonden in en een spanningsvolgermodus werkend als een buffer voor de instelschakeling. De uitgang van de versterker 85 heeft een weerstand 91, twee als dioden verbonden transistoren 86 en 87 en een weerstand 92 in serie verbonden en geaard. De weerstanden 91 en 92 zijn gelijk. Een andere transistor 88, waarvan de collector rechtstreeks is 25 verbonden met de uitgang van de versterker 85 en de basis is verbonden met de basis-collector van de transistor 86, is met de emitterkant verbonden met de weerstand 93·Aan het andere einde ervan is de weerstand 93 verbonden met de collector van de transistor 89, waarvan de emitter is geaard door middel van een weerstand 94. De weerstand 94 is gelijk aan de weerstand 30 93· De basis van de transistor 89 is verbonden met de basis-collector van een als diode verbonden transistor 91. De basis-collector van de transistor 91 is eveneens verbonden met een voedingsspanning door middel van een weerstand 95. De emitter van de transistor 91 is verbonden met een spannings-opwek-kingsbron 90 met een spanning, die de helft is van de gewenste instelspanning 35 V

-r" INST.

Een ranalyse van de schakeling geeft aan dat de spanning op een schakelingspunt tussen de weerstand 93 en de transistor 89 een spanning heeft, die gelijk is aan de stuurspanning met de gewenste instelspanning, dit alles gedeeld door twee. De spanning wordt toegevoerd naar de niet-inver- 8102961 ft · -12- 21900/JF/ts terende ingang van de operationele versterker 70, die in een spanningsvol-germodus is verbonden. Een weerstand 72 is verbonden tussen de uitgang van de versterker 70 en de inverterende ingang ervan. Een weerstand 74 is eveneens in serie verbonden tussen de inverterende ingang van de versterker 70 en 5 een klem 76. De gelijkheid van de tweedweerstanden 72 en 74 verzekert de uitgang van de stuurspanning min de instelspanning. Op gelijksoortige wijze is de niet-inverterende ingang van de operationele versterker 71 verbonden tussen de emitter van de transistor 89 en de weerstand 94, die een spanning heeft van de helft van de instelspanning. Gelijke weerstanden 73 en 75 10 verbinden de versterker 71 in de spanningsvolgermodus, zodat de uitgang van de versterker gelijk is aan de instelspanning.

De schakeling in fig. 6 heeft dus twee versterkers die differentieel de belastingstroom sturen door de abonnee-lus 62. Beide versterkers 70 en 71 hebben een tegenkoppelbesturing, overeenkomend met de hoeveelheid belas-15 tingstroom, vloeiend door de lus 62 voor een verlaagde vermogensdissipatie. Verder hebben elk van de versterkers 70 en 71 alleen de instelspanningsval, die vermogensdissipatie véroorzaakt. De versterkers 70 heeft een intel-spanningsval tussen de voedingsbron ervan, de schakelende regulator 68 en de uitgang ervan. De versterker 71 heeft een spanningsval tussen aarde 20 en de uitgang ervan. Daardoor wordt een aanzienlijke vermogensbesparing bereikt.

Fig. 7 is een schema van een versehilschakeling zoals in de voorgaande figuur, maar is volledig differentieel, met een schakelende regulator 105 die de versterker 71 voedt in plaats van aarde, zoals in de voorgaande 25 schakeling. Merk op , dat hoewel een einde van het impedantieorgaan, omvattende de weerstand 101 en de stroom 102 is geaard, de schakeling op de juiste wijze zal werken, zelfs wanneer de voedingsspanningen worden veranderd, zolang het schakelingspunt 110 is verbonden met een spanning liggend tussen de twee toegevoerde spanningen.

30 Tenslotte dient naar voren gebracht te worden dat,ofschoon de beschrijving met de gedetailleerde aspecten ervan is gericht op een batterij-voedingsschakeling van een abonnee-lijn in een telefoniestelsel, deze uitvinding Onder geen beding zodanig is beperkt.

8102961

Claims (16)

1. Batterijvoedingsschakeling voor het toevoeren van een gelijkstroom-belastingsstroom naar een belasting van een bron van gelljkstroomspanning, 5 met het kenmerk, dat deze omvat: . . een terugkoppelorgaan, dat in responsie op de belastingstroom een terugkoppelstroom opwekt, welke evenredig is met de belastingstroom, een impedantieorgaan,dat in responsie op de terugkoppelstroom een stuurspanning opwekt, welke evenredig is met de terugkoppelstroom, een instelorgaan, 10dat in responsie op de gelijkstroombronspanning een instelspanning opwekt met een vooraf bepaald verband met betrekking tot de bronspanning en een versterkerorgaan, dat in responsie op de instelspanning en de stuurspanning een uitgangsspanning opwekt in een tegengekoppeld verband met de belastingstroom, welke uitgangsspanning de belastingstroom naar de transmissie-15 lijn stuurt.

2. Batterijvoedingsschakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het impedantieorgaan verder een eerste resistief orgaan omvat voor het opwekken van een stuurspanning door het vloeien van de terugkoppelstroom daardoor en een orgaan, dat parallel is verbonden aan het re§istieve orgaan 20 voor het opwekken van een tweede stroom door het resistieve orgaan op een wijze dat de stuurspanning alleen wordt opgewekt, wanneer de terugkoppelstroom boven een vooraf bepaalde waarde is,

3. Batterijvoedingsschakeling volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het terugkoppelorgaan verder een tweede resistief orgaan omvat dat in 25 serie is verbonden tussen de uitgang van het versterkerorgaan en de belasting, welk· cweede resistief orgaan de belastingstroom daardoor ontvangt en een orgaan, dat in responsie op de spanning over het tweede resitieve orgaan de spanning omzet in een terugkoppelstroom, waardoor een terugkoppelstroom, evenredig met de belastingstroom wordt opgewekt.

4. Batterijvoedingsschakeling voor het toevoeren van het gelijkstroom- belastingstroom naar een belasting van een bron van gelijkstroomspanning, met het kenmerk, dat deze omvat: een terugkoppelorgaan, dat in responsie op de belastingstroom een stroom opwekt, welke evenredig is met de belastingstroom, een impedantieorgaan 35 dat in responsie op de terugkoppelstroom een stuurspanningscomponent opwekt, welke evenredig is met de terugkoppelstroom, welk impedantieorgaan verder in responsie op de gelijkstroombronspanning een stuursignaal opwekt, welk in hoofdzaak gelijk is aan de bronspanning, gemodificeerd door de stuurspanningscomponent, een regulatororgaan, gevoed door de gelijkstroomspanningsbron, 8102961 -14- 21900/JF/ts dat in responsie op de stuurspanning een uitgangsspanning opwekt, welke in hoofdzaak gelijk is aan de stuurspanning, een instelorgaan, dat in responsie op de stuurspanning een instelspanning opwekt, met eBn vooraf bepaald verband met betrekking tot de stuurspanning en een verstérkerorgaan, gevoed’ door 5 de regulatoruitgangsspanning, dat in responsie op de instelspanning ®n uit-gangsspahning opwekt in een tegengekoppeld verband met de belastingstroom, welke versterkeruitgangsspanning de belastingstroom naar de transmissielijn stuurt.

5. Batterijvoedingssohakeling volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat 10 het regulatororgaan een schakelende regulator omvat.

6. Batterijvoedingssohakeling volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het impedantieorgaan verder een resistief orgaan omvat, welk is verbonden tussen de gelijkstroomspanningsbron en het terugkoppelorgaan voor het opwekken van een stuurspanning, die verschilt van de bronspanning met ' de stuur- 15 spanningscomponent, gevormd door de terugkoppelstroom door het resitieve orgaan.

7. Batterijvoedingsschakeling volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat het impedantieorgaan verder een stroomopwekkingsorgaan omvat, dat parallel is verbonden aan het resitieve orgaan op zodanige wijze, dat de stuurspannings-20 component nul is totdat de terugkoppelstroom een vooraf bepaalde waarde overschrijdt.

8. Batterijvoedingsschakeling volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat deze verder een capacitief orgaan omvat, welk parallel is verbonden aan het resistiève orgaan en het stroomopwekkingsorgaan voor het differentiëren van 25 dé hoogfrequentimpedantie van de schakeling met betrekking tot de laagfre-quente impedantie daarvan.

9. Batterijvoedingsschakeling volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat het terugkoppelorgaan verder een tweede impedantieorgaan omvat, dat in serie is verbonden tussen de uitgang van het versterkerorgaan en de belasting, 30 welk tweede impedantieorgaan de belastingstroom daardoor ontvangt en een orgaan, dat in responsie op de spanning over het tweede impedantieorgaan de spanning omzet in de terugkoppelstroom, waardoor een terugkoppelstroom, evenredig met de belastingstroom wordt opgewekt.

10. Batterijvoedingsverschilschakeling voor het toevoeren van een gelijk-35 stroombelastingstroom van een bron van gelijkstroomvoedingsspanning naar een transmissielus door middel van een eerste en tweede klem, met het kenmerk, dat deze omvat: een eerste orgaan, geassocieerd met de eerste klem voor het opwekken van een eerste terugkoppelstroom, evenredig met de belastingstroom, een 81 02 9 6 1 V ► -15- 21900/JF/ts tweede orgaan, geassocieerd met de tweede klem voor het opwekken van een tweede terugstelstroom, evenredig met de belastingstroom, een impedantieorgaan, dat in responsie op de, eerste terugkoppelstroom én de tweede terug-koppelstroom een stüurspanningscomponent opwekt, welke evenredig is met de 5 eerste terugkoppelstroom en de tweede terugkoppelstroom, welk impedantieorgaan verder in responsie op de gelijkstroombrohspanning een stuurspanning opwekt, die in hoofdzaak gelijk is aan de bronspanning, gemodificeerd met de stüurspanningscomponent, een regulatororgaan, gevoed door de gelijkstroom-spanningsbron, dat in responsie op de stuurspanning een uitgangsspanning 10opwekt, die in hoofdzaak gelijk is aan de stuurspanning, een instelorgaan, dat in responsie op de stuurspanning een eerste instelspanning opwekt met een eerste vooraf bepaald verband met betrekking tot de stuurspanning en een tweede instelspanning met een tweede vooraf bepaald verband met betrekking tot de stuurspanning, een eerste versterkerorgaan, gevoed door het re-15 gulatororgaan, dat in responsie op de eerste instelspanning een eerste uitgangsspanning opwekt en een tweede versterkerorgaan, gevoed door het regulatororgaan, dat in responsie op de tweede instelspanning een tweede uitgangsspanning opwekt, waarbij het verschil tussen de eerste en tweede uitgangsspanning de belastingstroom door de'.lransmissielus stuurt in een tegen-20 gekoppeld verband met de belastingstroom.

11. Batterijvoedingsschakeling volgens conclusie 10, met hét kenmerk, dat het regulatororgaan een schakelende regulator omvat.

12. Batterijvoedingsschakeling volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat het impedantieorgaan verder een resistief orgaan omvat, welk is ver- 25 bonden tussen de gelijkstroomspanningsbron en het eerste en tweede terug-koppelstroomopwekkingsorgaan voor het opwekken van de stuurspanning, die is verschoven ten opzichte van de bronspanning met de stuurspanningscompo- . nent, die evenredig is met de som van de eerste en tweede terugkoppelstroom.

13. Batterijvoedingsschakeling volgens conclusie 12, met het kenmerk, 30 dat hét impedantieorgaan verder een stroomopwekkingsorgaan omvat, welk parallel is verbonden aan het resistieve orgaan op zodanige wijze, dat de stüurspanningscomponent'nul is totdat de som van de eerste en tweede terugkoppelstroom een vooraf bepaalde waarde overschrijdt.

14. Batterijvoedingsschakeling volgens conclusie 13, met het kenmerk, 35 dat het impedantieorgaan verder een capacitief orgaan omvat, welk parallel is verbonden aan het resistieve orgaan en het stroomopwekkingsorgaan voor het differentiëren van de hoogfrequent impedantie van de schakeling met betrekking tot de laagfrequentie impedantie ervan. 81 02 9 6 1 /«·. · -16- 21900/JF/ts

15. Batterijvoedingsverschilschakeling voor het toevoeren van een gelijk-stroombelastingstroom naar een transmissielus door middel van een eerste en tweede klem, geassocieerd met respectievelijk een eerste gelijkstroomspan-ningsbron en een tweede gelijkstroomspanningsbron, met het kenmerk, dat deze omvat: 5 een eerste orgaan, geassocieerd met de eerste klem voor het opwekken van een eerste terugkoppelstroom, evenredig met de belastingstroom, een tweede orgaan, geassocieerd met de tweede klem voor het opwekken van een tweede terugkoppelstroom, evenredig met de belastingstroom, een impedantie-orgaan, dat in responsie op de eerste terugkoppelstroom en de tweede terug-10 koppelstroom een stuurspanningscomponent opwekt, welke evenredig is met de eerste terugkoppelstroom en de tweede terugkoppelstroom, een eerste regulatororgaan, gevoed door de eerste gelijkstroomspanningsbron, dat in respon-. sie op de stuurspanningscomponent een eerste stuurspanning opwekt, welk in hoofdzaak gelijk is aan de eerste bronspanning, gemodificeerd door de stuur-15spanningscomponent, een tweede regulatororgaan, gevoed door de tweede gelijk stroom spanningsbron, dat in responsie op de stuurspanningscomponenten een tweede stuurspanning opwekt, die in hoofdzaak gelijk is aan de tweede bronspanning, gemodificeerd door de stuurspanningscomponent, een instelorgaan, dat in responsie op de eerste en tweede stuurspanning een eerste instel-20 spanning opwekt, met een eerste vooraf bepaald verband imet betrekking tot de eerste stuurspanning en een tweede instelspanning met een tweede vooraf bepaald verband met betrekking tot de tweede stuurspanning, een eerste versterkerorgaan, gevoed door het eerste schakelende regulatororgaan, dat in responsie op de eerste instelspanning een eerste uitgangsspanning opwekt 25 en een tweede vërsterkerorgaan, gevoed door het tweede schakelende regulatororgaan, dat in responsie op de tweede instelspanning een tweede uitgangsspanning opwekt, waarbij het verschil tussen de éerste en tweede uitgangsspanning de belastingstroom stuurt door de transmissielus in een tegengekop-peld verband met de bélastingstroom.

16. Batterijvoedingsschakeling volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat het eerste en tweede regulatororgaan schakelende regulatoren omvatten. Eindhoven, juni 1981. 8102961