DE2800159B2 - Schaltungsanordnung zum Speisen von Teilnehmerleitungen unterschiedlicher Länge mit konstantem Gleichstrom - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Speisen von Teilnehmerleitungen unterschiedlicher Länge mit konstantem Gleichstrom in Fernmeldeanlagen, insbesondere in Fernsprechvermittlungsanlagen, in denen eine Gleichspannung mittels eines transformatorgekoppelten Gleichspannungswandlers in die zun Erzeugen des konstanten Gleichstroms erforderliche Speisespannung umgewandelt wird.

Übliche Speiseschaltungen für Fernsprechteilnehmerleitungen sind generell für maximale Leitungslänge ausgelegt, beispielsweise für eine Leitungsschleife, die eine Last von etwa 13000hm darstellt Für längere Leitungen sind zusätzliche Schaltungen erforderlich. Für kurze Leitungen mit kleiner Impedanz liefern die üblichen Speiseschaltungen unter Umständen einen zu hohen Strom. Zum Schutz der Teilnehmereinrichtungen wird der überschüssige Strom gewöhnlich mit Hilfe von Varistoren abgeleitet Die Herabsetzung des hohen Stromverbrauchs für Teilnehmerleitungen kleiner Impedanz ist nicht nur wünschenswert, um die Einrichtungen der Teilnehmerstellen zu schützen, sondern um eine Verringerung des Leistungsbedarfs der Speiseschaltungen zu ermöglichen und die Wärmeerzeugung sowie den Gesamtstromverbrauch im Vermittlungsamt herabzusetzen. Die beiden letzten Punkte sind besonders wichtig für kleine, weit abgelegene Vermittlungsämter, die nicht in kontrollierter Umgebung betrieben werden und gegebenenfalls für mehrere Stunden aus Notstrombatterien gespeist werden müssen, wenn die Öffentliche Stromversorgung ausfällt.

Die Forderung nach einer Stromquelle in Fernsprech

ämtern, die einen Konstantstrom «n die Teilnehmerleitungen unabhängig von ihrer Länge liefert, ist bekannt Bei einer bekannten Anordnung wird ein Gleichspannungswandler benutzt, um die Ausgangsspannung zu $ erhöhen und damit eine höhere Leistung for lange Teilnehmerleitungen bereitzustellen. Dabei wird eine übliche Transistor-Stromregelschaltung mit einer Basis-Emitterkopplung verwendet, um einen Konstantstrom an die Schleife zu liefern. Bei einer solchen Zuordnung

ίο wird jedoch eine beträchtliche Leistung in der Regelschaltung verbraucht, so daß diese Anordnung dann nicht zweckmäßig ist, wenn der Leistungsverbrauch und die Wärmeabgabe auf ein Minimum gebracht werden müssen.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Speisen von Teilnehmerleitungen mit Konstantstrom mittels eines transformatorgekoppelten Gleichspannungswandlers zu schaffen, bei der nur kleine Leistungsverluste bei guten Regeleigenschaften auftreten.

Zur Lösung der Aufgabe geht die Erfindung aus von einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art und ist dadurch gekennzeichnet, daß eine vom Strom durch die Primärwicklung des Transformators durch flossene Impedanz eine dem Primärstrom entsprechen de Steuerspannung an den einen Eingang eines !Comparators liefert, daß eine Fühlwicklung des Transformators eine der Speisespannung entsprechende Vergleichsspannung an den anderen Eingang des !Comparators liefert und daß der Komparator beim Erreichen der zum Erzeugen des konstanten Gleichstroms erforderlichen Speisespannungen den Strom durch die Primärwicklung des Transformators unterbricht

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt Fig. 1 eine Fernsprechvermittlungsanlage in Form eines Blockschaltbildes;

F i g. 2 eine Fernsprechleitungs-Schnittstellenschaltung nach der Erfindung zur Verwendung in einer Fernsprechvermittlungsanlage; Fig.3 genauere Einzelheiten der Stromversorgung zu·' Verwendung bei einer Fernsprechleitungs-Schnittstellenschaltung entsprechend einem speziellen Ausführup.gsbeispiel der Erfindung;

Fig.4 Strom- und Spannungskurvenformen an gewählten Punkten der Schaltung;

so F i g. 5 eine graphische Darstellung des Ausgangsstromes als Funktion der Schleifenimpedanz.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Vielzahl von Fernsprechteilnehmerapparaten 110 (Fig. 1) über Teilnehmerleitungen 115 und Schnittstel lenschaltungen 120 an ein Fernsprechvermittlungsamt 100 angeschaltet Zur Erläuterung weist das Vermittlungsamt ein Koppelfeld 130, eine Vielzahl von Teilnehmerleitungs-Schnittstellenschaltungen 120 sowie eine Steuereinrichtung 140, Bedienungsschaltungen

150 und Übertragungen 160 auf. In üblicher Weise bilden die Teilnehmerleitungsschaltungen eine Schnittstelle zwischen den Teilnehmerleitungen 115 und dem Koppelfeld 130. Die Bedienungsschaltungen 150 beinhalten beispielsweise Signalimpulsempfänger, Tonschal-

tungen usw. auf. Die Übertragungen bilden eine Schnittstelle mit den zu einem entfernten Vermittlungsamt führenden Verbindungsleitungen. Die Steuereinrichtung 140 stellt den Betriebszustand und die

Aktivitäten der Teilnehmerleitungsschaltungen und Übertragungen fest, um bestimmte Zeichengabeinformationen zu gewinnen. Außerdem steuert sie das Koppelfeld zur Herstellung van Verbindungen zwischen den verschiedenen Schaltungen und steuert den s Zustand der Schaltungen je nach Bedarf,

Bestimmte Einzelheiten der Teilnehmerieitungs-Schnittstellenschaltung 120 werden unter Bezugnahme auf F i g, 2 erläutert Eine Seite der Teilnehmerschaltung ist Ober eine Teilnehmerleitung 115 mit einem ι ο Teilnehmerapparat verbunden. Eine Stromversorgungsschaltung 210, die Ober Adern 211 mit der Schnittstellenschaltung verbunden ist, liefert einen Gleichstrom an die Teilnehmerleitung und. den Teilnehmerapparat Wenn der Teilnehmerapparat im eingehängten Zustand ist '5 stellt er eine Unterbrechung dar, und es fließt kein Strom über die Schleife. Wenn der Teilnehmerapparat ausgehängt wird, so schließt ein Schalter im Teilnehmerapparat und es beginnt ein von der Schnittstellenschaltung gelieferter Strom in der Schleife zu fließen. Das Fließen eines Stromes wird von der Steuereinrichtung 140 durch periodisches Abtasten der Teilnehmerleitung im Vermittlungsamt festgestellt Nach der Feststellung des Aushängezustandes leitet die Steuereinricntung 140 weitere Vorgänge zur Herstellung der Verbindung ein. Im Falle einer von einem Teilnehmer abgehenden Verbindung wird ein Wählton geliefert und es muß die Wählzeicheninformation aufgenommen werden. Im Falle einer ankommenden Verbindung wird der Teilnehmerleitung ein Rufstrom zugeführt Da das Koppelfeld 130 Halbleiter-Kreuzpunkte aufweisen kann, die nicht für Spannungen ausgelegt sind, welche üblicherweise von Rufstromgeneratoren erzeugt werden, wird der Rufstrom der Teilnehmerleitung 115 bei diesem Ausführungsbeispiel ohne Durchlaufen des Koppelfeldes 130 oder der Schnittstellenschaltung zugeführt Die Teilnehmerleitung 115 ist über Relaiskontakte 262 direkt mit einem Rufstromgenerator 260 verbunden. Das Relais 263, das die Kontakte 262 enthält wird durch ein Rufstrom-Flip-Flop 264 gesteuert, das wiederum von der Steuereinrichtung 140 eingestellt und rückgestellt wird. Zur Trennung der Teilnehmerleitung 115 vom Koppelfeld 130 während des Rufvorgangs ist ein Thyristor vorgesehen. Im normalen Betriebszustand der Schaltung befindet sich der Thyristor 230 auf Grund des durch den Widerstand 232 zuj-eführten Basisstromes in der Sättigung. Während des Rufintervalls wird die Stromversorgungsschaltung durch die Steuereinrichtung 140 abgeschaltet und dem Thyristor wird kein Strom zugeführt so daß er im ausgeschalteten Zustand als Isolator wirkt Die Teilnehmerleitungs-Schnittstellenschaltung ist mit dem Koppelfeld 130 über einen Transformator 240 verbunden. Ein Kondensator 245 sperrt einen Gleichstromfluß über den Transformator 240.

Mit Vorteil ist die Teilnehmerleitungs-Schnittstellenausgangsschaltung spannungsmäßig nicht auf Erde bezogen und läßt sich als schwimmende Schaltung ansehen. Demgemäß finden sogenannte Gleichtaktströme, die von benachbarten Stromversorgungsleitungen in Nachrichtenübertragungsleitungen induziert werden, in erster Linie Wechselströme mit 60 bzw. 50 Hz, in der gesamten Schaltung keinen Verbindungsweg zur Erde und stören demgemäß den Betrieb der Schaltung nicht. Zur Verringerung von hochfrequenten Störungen sind zwei Symmetriekor'ilensatoren 221 und 222 zwischen die Leitungsadern 'ind Erde geschaltet. Dies können jedoch kleine Kondensatoren mit beispielsweise in der Größenordnung von 10OpF sein, die Wechselströme mit 60II2kaum leiten.

Die Einzelheiten eines speziellen Ausföhrungsbaispiels für eine Stromversorgungsschaltqng 210 sind in Fig,3 dargestellt Die Stromversorgungsschaltung weist einen Transformator 311 mit einer Primärwicklung 312, einer Sekundärwicklung 313 und Fühlwicklungen 314 und 315 auf. Die Sekundärwicklung 313 ist mit den Ausgangsadern 211 über eine Diode 330 und ein LC-Filter 341 verbunden. Der Stromfluß über die Primärwicklung 312 wird von einem Transistor 320 gesteuert Der Basisstrom für den Transistor 320 wird der Leitung 321 von der durch Vl dargestellten Gleichstromquelle über einen Transistor 360 und einen Widerstand 362 oder von der Fühlwicklung 315 Ober den Widerstand 326 zugeführt Das Leiten des Transistors 320 kann dadurch verhindert werden, daß die Leitung 321 mit Hilfe des Komparators 338 gegen Erde geklemmt wird. Der Basisstrom des Transistors 360, der diesen Transistor einschaltet so daß ein Basisstrom für den Transistor 320 geliefert wird, steht unter Steuerung der Steuereinrichtung 140. Diese Einrichtung liefert den Basisstrom an den Transistor 360, wenn sie einen Aushängezustand der Teilnehmerleitung feststellt Eine solche Operation der Steuereinrichtung 140 bei der Feststellung eines Aushängezustandes ist bekannt und wird hier nicht beschrieben.

Der vom Transistor 360 gelieferte Basisstrom reicht gerade nur aus, um den Transistor 320 in den leitenden Zustand zu bringen. Wenn der Transistor 320 bei Feststellung eines Aushängezustandes durch die Steuereinrichtung 140 erstmalig eingeschaltet wird, beginnt ein Strom über die Primärwicklung 312 zu fließen. Dieser Strom induziert eine Spannung in der Rückkopplungswicklung 315, die dann einen zusätzlichen Strom über den Rückkopplungswiderstand 326 an die Basis des Transistors 320 liefert Der der Basis des Transistors 320 zugeführte Strom muß genügend groß sein, um den Transistor während der gewünschten Periode zunehmenden Stromflusses in der Primärwicklung 312 in der Sä'tigung zu halten. Die Größe des von der Rückkopplungsschaltung gelieferten Stromes wird vom Windungsverhältnis der Fühlwicklung 315 zur Primärwicklung 312 sowie dem Wert des Rückkopplung^ Widerstandes 326 bestimmt F i g. 4 zeigt typische Kurveaformen für den Primärstrom /P, die Kollektorspannung VC auf der Ader 322 und den über die Diode 330 fließenden Sekundärstrom ID. Fig.4 zeigt, daß der Primärstrom IP, der zu Anfang Null ist im wesentlichen nach einer Rampenfunktion ansteigt Die Kollektorspannung VC fällt zu Anfang auf einen Wert nahe Null ab und steigt danach langsam an, wenn die Spannung über dem Emitterwiderstand 325 größer wird. Gegebenenfalls s:eigk der Kollektorstrom auf einen solchen Wert an, daß der Basisstrom nicht mehr ausreicht, um den Transistor 320 in der Sättigung zu halten. De·¹ Transistor schaltet dann plötzlich ab. Zu diesem Zeitpunkt wird der Entladungszyklus des Transformators eingeleitet und es beginnt der Stror· ID zu fließen, der im wesentlichen nach einer Rampenfunktion abnimmt. Während des Entladezyklus wird eine Spannung in der Fühlwicklung 315 induziert, die entgegengesetzte Polarität wie die während des Ladezyklus des Transformators induzierte Spannung hat. Der über den Transistor 360 gelieferte Strom ist verhältni .mäßig klein (beispielsweise in der Größenordnung von 1 mA) und der zwischen die Basis des Transistors 320 und die Wicklung 315 geschaltete Widerstand 326 liegt in der Größenordnung von

1000 Ohm, wodurch sich ein Spannungsabfall am Widerstand im Bereich von 1 V ergibt. Die von der Fühlwicklung 315 während des Entladezyklus erzeugte Spannung beträgt üblicherweise mehrere Volt, wodurch eine negative Spannung an die Basisleitung 321 angelegt wird. Während des Entladezyklus wird außerdem eine Spannung in der Fühlwicklung 314 induziert, die eine Aufladung des ÄC-GIiedes 3)32 über die Diode 334 bewirkt Der Betrag der Ladung in der AC-Schattung 332 ist eine Funktion der in der Wicklung 314 induzierten Spannung, die eine Funktion der in der Sekundärwicklung 313 erzeugten Ausgangsspannung ist, welche wiederum von der Ausgangsimpedan?, über der Teilnehmerleitung abhängt. Im Fall einer hohen Impedanz ist der Entladezyklus verhältnismäßig kurz, die Ausgangsspannung aber groß. Wenn die Ausgangsimpedanz abnimmt, so steigt die für die Entladung erforderliche Zeitspanne an, die Ausgangsspannung

imilllll

ι. η» ι _Αχ._Ηη j— £>/~*/-μ: ι »»ι -i__

l au. \Sl\. UlUUIIg UU (l^*\JIILUt.3 ^JA, HOS mit niedrigem Widerstand zu erzeugen, wenn übliche Fernsprechapparate an die Teilnehmerleitung angeschlossen sind, die für hohe Speiseströme bestimmt und mit stromgesteuerten Varistoren ausgestattet sind.

Wenn ein Teilnehmerapparat sich am Ende einer langen Schleife befindet, so ist die am Teilnehmerapparat erzeugte Spannung verhältnismäßig niedrig, während bei einer kurzen Schleife die Spannung hoch ist, da kein wesentlicher Spannungsabfall auf der Leitung auftritt.

to Zur Anpassung an übliche Fernsprechapparate, die mit Varistoren ausgestattet sind, ist die Stromversorgungsschaltung 210 so ausgelegt, daß sie einen hohen Strom in Leitungen mit kleinem Widerstand liefert. Dies wird mit Hilfe einer Vorspannung erreicht, die über den

ι) Widerstand 339 an das ÄC-Glied 332 angelegt wird. Die Vorspannung bewirkt, daß die Spannung über dem Widerstand 325 auf den Wert der Vorspannung selbst dann ansteigt, wenn die über die Wicklung 314

mit dem einen Eingangsanschluß des !Comparators 338 verbunden ist, wird abhängig von der Impedanz der Last größer oder kleiner. Am Ende des Entladezyklus verschwindet die in der Fühlwicklung 315 induzierte Spannung negativer Polarität, und der Basisstrom fließt erneut zum Transistor 320, der dann einschaltet. Nach Einschaltung des Transistors 320 steigt die Spannung über dem Emitterwiderstand 325 an. Dieser Spannungsanstieg wird vom Komparator 338 mittels der Verbindung von der Emitterleitung 323 über die Diode 331 beobachtet. Der Emitterwiderstand kann klein sein. Bei einer experimentellen Schaltungsanordnung wurde ein Widerstand von 10 Ohm als brauchbar gefunden. Wenn die Spannung über dem Widerstand einen Wert eirrt'icht, der größer ist als die Ladespannung des fl'C-Gliedes 332, so klemmt der Komparator 338 die Basisleitung 321 gegen Erde, wodurch der Transistor 3;w wieder ausgeschaltet und der Entladungszyklus erneut eingeleitet wird. Das RC-GXvea 333 ist mit dem Komparator- Eingangsanschluß verbunden, der die Sjpannung über dem Widerstand 325 abfühlt. Dieses flC-Glied 333 hat die Funktion, schnelle Schwingungen zu vermeiden. Ohne das RC-Gltea kann eine Schwingung auftreten, bei der der Transistor 320 in schneller Paige aus- und eingeschaltet wird.

In bekannter Weise kann es zweckmäßig sein, einen hohen Ausgangsstrom für kurze Teilnehmerschleifen

fr:UU« r t - -

augt-fuiiiit. ι ι aiiaii/i ιιιαιιπ -nusgailgsaptlllliuilg VCIIIdIlnismäßig niedrig ist. Demgemäß bleibt der Transistor 320 für eine längere Zeitspanne als im Normalfall ohne die Vorspannung im leitenden Zustand und es wird ein höherer Ausgangsstrom erzeugt Da die Vorspannung fest ist. ist der Einfluß der Vorspannung am ausgeprägtesten für Schleifen mit sehr kleiner Impedanz. Für Schleifen mit zunehmend höherer Impedanz steigt die Ausgangsspannung der Schaltung an, und die Spannung am R^-GWed 332 übersteigt ggf. die Vorspannung. Danach wird ein Konstantstrom geliefert. F i g. 5 zeigt

jn die Kennlinie für den Ausgangsstrom als Funktion des Lastwiderstandes, wenn die Verspannung über den Widerstand 339 angelegt ist. Dar Strom /1 in Fi g 5 stellt den Strom in einer Schleife dar, die im wesentlichen nur die Impedanz eines normalen Teilneh-

)5 merapparates enthält. Ein typischer Wert für /1 beträgt 30 mA. Ohne Verwendung des Komparators 338 würde der Strom für Schleifen höherer Impedanz weiter abnehmen. Abhängig von dem gewählten Wert des Widerstandes 339 und dem Widerstand des flC-Gliedes

4(i 332 kann der Einfluß des Komparators 338 für bestimmte kleinere Werte der Lastimpedanz, beispielsweise unterhalb 700 Ohm gesperrt werden. Für größere Werte der Impedanz (beispielsweise 700 bis 3000 Ohm) überwiegt der Einfluß des Komparators, wodurch ein im wesentlichen konstanter Ausgangsstrom /2 von beispielsweise 25 mA erzeugt wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Speisen von Teilnehmerleitungen unterschiedlicher Länge mit konstantem Gleichstrom in Fernmeldeanlagen, insbesondere in FernsprechveimuttlungsanJagen, in denen eine Gleichspannung mittels eines transfoj-matorgelcoppelten Gleichspannungswandlers in die zum Erzeugen des konstanten Gleichstroms erforderliche Speisespannung umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet,

daß eine vom Strom durch die Primärwicklung (312) des Transformators (311) durchflossene Impedanz (325) eine dem Prinaärstrom entsprechende Steuerspannung (an 333) an den einen Eingang (—) eines !Comparators (338) liefert,

daß eine Fühlwicklung (314) des Transformators (311) eine der Speisespannung (an 313) entsprechende Vergleichsspannung (an 332) an den anderen Eingang (+) des !Comparators (338) liefert und daß deri Komparator (338) beim Erreichen der zum Erzeugen des konstanten Gleichstroms erforderlichen Speisespannungen (an 313) den Strom durch die Primärwicklung (312) des Transformators (311) unterbricht

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafl eine Speichereinrichtung (332) die Vergleichsspannung (von 314) kurzzeitig speichert

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichsspannung (an 332) eine weitere Gleichspannung (Ober 339) überlagert ist