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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zur notspeisefähigen Stromversorgung
von ISDN-Endsystemen, die über
keine eigene Notstromversorgung verfügen.
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Ähnlich wie
bei den bekannten analogen Fernsprechsystemen, die über eine
Fernspeisung, beispielsweise über
die Anschlußadern
(a, b), für
die an die Teilnehmeranschlüsse
angeschlossenen Endsysteme, wie beispielsweise Telefone, Fax-Geräte oder
dergleichen verfügen,
haben auch digitale Fernsprechsysteme, wie beispielsweise das bekannte ISDN-System, eine Fernspeisung
zur Stromversorgung der angeschlossenen Teilnehmer-Endsysteme.
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Die
Fernspeisung der Endsysteme erfolgt bei ISDN, wie 1 zeigt,
nach dem Prinzip der Phantomspeisung, wobei die vierdrähtige Anschlußleitung 1a, 1b und 2a, 2b neben
der Informationsübertragung
auch zur Energieversorgung herangezogen wird.
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Jeweils
ein Adernpaar dient als Hin-(+), beziehungsweise als Rückleitung
(–). Zur
galvanischen Trennung der Stromkreise werden Übertrager Ü verwendet. Über die
Phantomschaltung wird vom Netzabschluß NT eine Versorgungsleistung
von 4,5W mit 40V + 5% bzw. –15%
zur Verfügung
gestellt. Im Netzabschluß NT
ist eine Strombegrenzung im Normalbetrieb auf 150mA und auf 15mA
im Notbetrieb vorgesehen. Beim passiven So-Bus dürfen maximal vier Endsysteme
jeweils 1 Watt entnehmen. Bei Ausfall der Netzspannung wird einem
werksmäßig voreingestellten
(notspeiseberechtigten) Endsystem TE nur noch eine verringerte Leistung
von 410mW vom Netzabschluß NT zur
Verfügung
gestellt. Das ausgewählte
Endsystem erkennt diesen Notbetrieb daran, daß der Netzabschluß die Versorgungsspannung umgepolt
hat.
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Wie
aus 1 zu sehen ist, kann jedes Endsystem TE1, ...,TEm,
...,TEn mit einem Brückengleichrichter
und Notstromumschalter 6 und einem Gleichstromwandler 7 (DC/DC)
ausgestattet sein. Nur beim notspeiseberechtigten Endsystem ist
der Brückengleichrichter
vorhanden, so daß der
Betrieb des Endgerätes
auch bei umgepolter Polarität
möglich
ist. Bei allen anderen Endsystemen, die nicht notspeiseberechtigt
sind, ist eine Notstromversorgung nicht gestattet, was durch einen
Einweggleichrichter erreicht werden kann, der den umgepolten Notstrom nicht
durchlassen kann, ihn also sperrt. Damit ist sichergestellt, daß nur noch
ein vorher festgelegtes Endsystem im Notstrombetrieb die Grundfunktion des
Fernsprechens mit der vom Netzabschluß NT zur Verfügung gestellten
Leistung erfüllt.
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Im
Netzabschluß ist
für die
Normalstrom- und Notstromversorgung eine Anordnung vorgesehen, die
spezielle Komponenten aufweist. Für die normale Stromversorgung
ist im Netzabschluß NT ein
entsprechend dimensioniertes Netzgerät 5 vorgesehen. Bei
Störungen
oder Ausfall der Netzspannung oder des -Gerätes 5 wird eine Notspeisung
für berechtigte
Anschlüsse
aufrecht erhalten, die von der Amtsbatterie der zugehörigen Vermittlungsstelle
ET übernommen
wird. Diese ist in der Regel über
einen Leitungsabschluß LT
und eine Zweidrahtleitung a,b (an Ukp-Schnittstelle, bzw. -Bus)
mit dem Netzabschluß verbunden.
Die Zweidrahtleitung ist hier gleichstrommäßig an eine Stromversorgungsschaltung 1 angeschlossen,
die mit einer Stromversorgungs-Koppeleinheit 2 verbunden
ist, die einerseits mit einem Polaritätsumschalter 3 für die Notstromversorgung
und andererseits mit der Phantomschaltung (SO-Schnittstelle, bzw.
-Bus) verbunden ist, über welche
der Transport des Notstromes zu dem notspeiseberechtigten Endsystem
erfolgt. Gegen eine Überlastung
ist die Stromversorgung in dem Netzabschluß durch eine Strombegrenzungseinheit 4 geschützt, die
sowohl den höheren
Normalstrom, als auch den geringeren Notstrom berücksichtigt.
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Neuere
Generationen von ISDN-Endsystemen leiden jedoch unter dem Nachteil,
daß sie
die oben beschriebene Umschaltung auf Notspeisung für bestimmte
Endsysteme nicht mehr unterstützen.
Das hat zur Folge, daß bei
einem Stromausfall des Netzgerätes 5 im
Netzabschluß NT,
diese Endgeräte
während
der Dauer des Stromausfalls nicht mehr betrieben werden können. Dieses
ist vor allem für
Telefone als Endsysteme problematisch, da von einem Telefon generell
eine hohe Verfügbarkeit
erwartet werden muß,
um beispielsweise in Notsituationen Hilfe herbeirufen zu können.
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Es
sind deshalb schon Vorschaltegeräte
entwickelt worden, die mittels wiederaufladbaren Akkus die Stromversorgung
eines Endsystems für
die Dauer von etwa 3 Stunden aufrecht erhalten können, wie beispielsweis die
als "Power-Bridge" bekannten Geräte für eine als "Europa Serie" bekannte Typenreihe von
Telefonen.
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Diese
Vorschaltegeräte
haben jedoch mehrere Nachteile. Zum einen sind sie relativ teuer,
und der Bauteileaufwand und Platzbedarf ist sehr hoch. Zum anderen
ist, bedingt durch die Kapazität
ihrer Akkus, die zeitliche Dauer ihrer Notstromabgabe begrenzt.
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Aus
der
DE 296 01 980
U1 ist ein Polumschalter für ISDN-Telefone ohne Steckernetzteil bekannt.
Der Polumschalter wird in Verbindung mit zwei Doppelleitungen eines
SO-Busses verwendet, wobei die Doppelleitungen zwischen Netzabschlussseite und
Endgeräteseite
mittels Koppelkondensatoren gleichstrommäßig aufgetrennt sind. Um eine
an den SO-Bus angeschaltete Endeinrichtung auch bei Stromausfall
betreiben zu können,
wird die auf den Doppelleitungen anliegende Gleichspannung jeweils über einen
Spannungsteiler, welcher eine Mittelanzapfung aufweist, ausgekoppelt
und einem Diodennetzwerk zugeführt,
so dass auch bei Notspeisung die richtige Polarität am zu
versorgenden Endgerät
anliegt. Maßnahmen
zum unerwünschten
Auskoppeln von Nutzsignalen während
der Gleichspannungsauskopplung sieht der bekannte Polumschalter nicht
vor.
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Aus
der
DE 195 36 520
T2 ist eine Schaltungsanordnung zur Gleichspannungs- und
Wechselspannungsauskopplung vorgesehen. Die Schaltungsanordnung
enthält
zwei Leitungspaare, die jeweils ein Wechselspannungssignal führen und
zwischen denen eine Gleichspannung vorliegt. Die Leitungen der beiden
Leitungspaare sind über
Kondensatoren gleichstrommäßig getrennt.
Die Einkopplung einer Gleichspannung in die beiden Leitungspaare erfolgt über endgeräteseitige
Wicklungen von zwei Übertragern.
Hierzu ist je eine Mittelpunktanzapfung der Wicklungen vorgesehen,
zwischen die eine Spannungsquelle geschaltet ist. Die entsprechenden Teilwicklungen
haben naturgemäß eine gewisse Drossel-
bzw. Tiefpasswirkung. Zur Gleichspannungsauskopplung sind in den
einzelnen Leitern der beiden Leitungspaare verbundene Dioden vorgesehen,
die über
Widerstände
an ein Transistorpaar angeschlossen sind. Die aus Dioden, Widerständen und
Transistoren bestehende Schaltung sorgt zum einen für die Gleichspannungsauskopplung
und zum anderen dafür,
dass differentiale Nutzsignale bei der Aussteuerung der Transistoren
nicht wirksam werden.
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Aus
DE 42 33 682 A1 ist
eine Schaltungsanordnung für
die Speisung von Endeinrichtungen in Kommunikationsnetzen bekannt,
bei welcher für
die Phantomspeisung elektronische Drosseln und je Leitungsader Kondensatoren
für die
Signalein- und die Signalauskopplung
der Informationsübertragung
vorgesehen sind.
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Aus
DE 42 03 477 A1 ist
eine Schaltungsanordnung für
den Notbetrieb von Kommunikations-Endgeräten bekannt, die im Normalbetrieb
mit einer Telekommunikations-Einrichtung verbunden sind. Wenn bei
der Telekommunikations-Einrichtung die Stromversorgung ausfällt, werden
die zu einem Netzabschluß führenden
Leitungen direkt zu den Endgeräten
durchgeschaltet. Zu diesem Zweck sieht die Schaltungsanordnung für jede Übertragungsrichtung
einen Übertrager
vor, deren Mittelpunkte mit einer Gleichrichterbrücke verbunden
sind, wobei die Wechselstromeingänge
der Gleichrichterbrücke
an die zum Netzabschluß führenden
Hälften
der Übertrager
angeschlossen sind und die Gleichstromausgänge der Gleichrichterbrücke so mit
den zu den Endgeräten
führenden
Hälften
der Übertrager
verbunden sind, dass den Endgeräten
die für
den Notbetriebszustand vorgesehene Polarität der vom Netzabschluß gelieferten
Spannung angeboten wird.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht also nun darin, eine notspeisefähige Einrichtung
zur Stromversorgung, insbesondere für ISDN-Endgeräte mit einem
zulässigen
geringen Strombedarf (15mA), wie beispielsweise einfache ISDN-Telefone,
anzugeben, die auf eine Stromversorgung mittels Akkus verzichtet
und deshalb auch kein Ladegerät
benötigt,
so daß deren
Herstellungskosten und Platzbedarf relativ gering sind. Außerdem soll
auch die Notstromspeisung keiner zeitlichen Begrenzung unterliegen.
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Gelöst wird
diese Aufgabe für
eine notspeisefähige
Einrichtung zur Stromversorgung von ISDN-Endsystemen, die über keine
eigene Notstromversorgung verfügen
und deren maximaler Strombedarf den Richtlinien des Netzwerkbetreibers
entspricht, gemäß den Merkmalen
des Anspruchs 1.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Gegenstandes der Erfindung
sind den übrigen
Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Durch
die Erfindung wird somit das Problem gelöst, eine Notstromversorgung
auch für
solche neueren ISDN-Endsysteme zu ermöglichen, die für eine Notspeisung
durch das ISDN-Netz nicht mehr vorgesehen sind. Durch den geringen
Platz- und Bauelementebedarf lassen sich einfache und räumlich sehr
kleine Notspeisegeräte
herstellen, die sowohl als Vorschalteeinheit in einem separaten
Gehäuse
untergebracht, als auch in ISDN-Anschlußdosen IAE intergriert sein
können.
Da sie auch keine Akkus benötigen
unterliegen sie auch keiner zeitlichen Begrenzung hinsichtlich ihrer
Betriebsbereitschaft und Betriebsdauer.
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Im
folgenden wird die Erfindung an Hand von durch Zeichnungen erläuterten
Ausführungsbeispielen
beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 eine
Darstellung einer bekannten ISDN-Stromversorgung,
einschließlich
einer Notspeisung für
ISDN-Endsysteme,
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2 eine
Darstellung einer Schaltungsanordnung zur notspeisefähigen Stromversorgung
für ISDN-Endsysteme gemäß der Erfindung
und
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3 ein
Spannungs-/Zeitdiagramm eines typischen Signalverlaufs eines Nutzsignals
(ohne die Speisespannung) auf der am Eingang des Notstromgerätes ankommenden 1a-, 1b-Leitung
und des Signalverlaufs dieses Nutzsignals auf der Ausgangsleitung 1a', 1b' des Notstromgerätes, ebenfalls
ohne die Speisespannung.
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Wie
bereits einleitend an Hand der 1 ausführlich erläutert wurde,
ist der So-Bus so konzipiert, daß über die Leitungen 1a, 1b und 2a, 2b ISDN-Telefone
mit ihrer Betriebsspannung (mittels der oben erwähnten Phantomspeisung) versorgt werden,
wobei berechtigte Endsysteme Komponenten enthalten, die in Notsituationen
eine Notspeisung des angeschlossenen Endsystems erlauben.
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Bei
neueren ISDN-Endsystemen werden solche Komponenten nicht mehr verwendet.
Um dennoch eine Notspeisung für
solche Endsysteme zu ermöglichen,
ist die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung
vorgesehen, die in 2 dargestellt ist. Bei ihr werden
die Netzabschluß-Seite
(NT-Seite) und die Telefon-Seite des SO-Busses durch die Kondensatoren
C1 bis C4 gleichstrommäßig voneinander
getrennt. Eine Stromversorgung ist daher auf diesem Weg nicht mehr
möglich.
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Wenn
nun an dem Leitungspaar 1a, 1b eine negative Spannung
gegenüber
dem anderen Leitungspaar 2a, 2b anliegt, was den
Normalbetrieb darstellt, dann wird diese Spannung mittels der Dioden D1
und D2 sowie der Induktivitäten
L1 und L2 auf die Leitungen 1a' und 1b' durchgeschaltet. Die Dioden D3
und D4 dagegen sperren, weil sie entgegengesetzt gepolt sind. Die
Induktivitäten
L1 und L2 sind dabei so bemessen, daß sie wie Tiefpässe wirken. Diese
notspeisefähige
Stromversorgungsschaltung liefert somit auch den Normalstrom für Endsysteme, die
den Richtlinien hinsichtlich der Stromentnahme des ISDN-Netzbetreibers
entsprechen müssen.
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Im
Notbetrieb wird bekanntlich die Betriebsspannung (Speisespannung)
umgepolt, sodaß nun an
dem Leitungspaar 1a, 1b gegenüber dem Leitungspaar 2a, 2b eine
positive Spannung anliegt. Somit werden nun die Dioden D1 und D2
in Sperrichtung betrieben, so daß sie die positive Spannung sperren.
Gleichzeitig wird die negative Spannung auf dem Leitungspaar 2a, 2b über die
nun in Durchlaßrichtung
betriebenen Dioden D3 und D4 und die Induktivitäten L1 und L2 auf das Leitungspaar 1a' und 1b' durchgeschaltet.
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Für die Dioden
D5 bis D8, die Induktivitäten L3
und L4 und die Leitungspaare 2a, 2b und 2a', 2b' gilt das Entsprechende,
d.h, im Normalbetrieb liegt an dem Leitungspaar 2a, 2b eine
positive Spannung gegenüber
dem Leitungspaar 1a, 1b und im Notbetrieb eine
negative Spannung.
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Durch
die gleichstrommäßige Auftrennung des
So-Busses zwischen NT-Seite und Telefon-Seite und wegen des Tiepaßcharakters
der Schaltungsanordnung, können
die ankommenden digitalen Nutzsignale (im Falle von Telefonen die
Sprachsignale) nur über
die Koppelkondensatoren C1, ..., C4 von der NT-Seite zur Telefon-Seite,
bzw. die vom einem Endsystem abgehenden Nutzsignale von der Telefon-Seite
zur NT-Seite übertragen
werden.
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Die 3 zeigt
in welcher Weise die Phasenlage und die Impulsform der Nutzsignale
durch die Kondensatoren C1 bis C4 beeinflußt werden. Dargestellt sind
zwei Oszillogramme der über
ein Leitungspaar, z.B. 1a, 1b an der Notstromschaltung nach 2 von
der NT-Seite her ankommenden digitalen Nutzsignale nach ISDN-Norm
und dieser Nutzsignale auf dem Leitungspaar 1a', 1b' nach ihrer Übertragung über die
Kondensatoren C1 und C2, wie sie dem Endsystem zugeführt werden.
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Der
ankommenden Signalzug K1 und der abgehende Signalzug K2 sind in
den Oszillogrammen jeweils mit einer Zeitbasis von 5μs je Teilung
und einer Spannungsamplitude von 20.0 mV~ je Teilung dargestellt.
Da die Signale als mit einem Tastkopf mit einem Teilerverhältnis 10:1
abgenommen dargestellt sind, müssen
die Spannungswerte in 3 noch mit dem Faktor 10 multipliziert
werden.
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Zur
Beurteilung, ob durch die kapazitive Kopplung der gleichstrommäßig aufgetrennten
Leitungen 1a, 1b und 2a, 2b,
solche Änderungen
der an der Schaltungsanordnung nach der Erfindung ankommenden und
von ihr abgehenden Nutzsignale auftreten, daß die für die Umsetzung notwendigen
Digital-/Analogwandler
bzw. Analog-/Digitalwandler in den Endsystemen nicht mehr ordnungsgemäß arbeiten,
dient ein Vergleich der beiden Signalzüge K1 mit K2 in 3.
Dieser Vergleich läßt erkennen,
daß, bedingt
durch eine geeignete Dimensionierung der Schaltungsanordnung, Phasenfehler
nicht auftreten, und daß auch
die Signalamplituden nur unwesentlich stark gedämpft werden. Diese minimale
Signaldämpfung
ist dann auch vernachlässigbar,
wenn nur eine geringe Leitungslänge
zwischen dem notspeisefähigen
Stromversorgungsgerät
und dem Endsystem liegt.
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Hieraus
folgt, daß die
Anschaltung der notspeisefähigen
Stromversorgungsschaltung als Vorschaltegerät direkt vor das notspeiseberechtigte
Telefon vorgenommen werden sollte, oder daß bei einer Intergration der
Notspeiseschaltung in die IAE-Anschlußdose oder direkt in das notspeiseberechtigte Telefon,
die Notspeiseschaltung nur dem berechtigten Telefon zur Verfügung stehen
darf. Es gibt für
diese Einschränkung
im wesentlichen zwei Gründe,
einmal kann die höhere
Strombelastung durch ein nicht berechtigtes Telefon oder durch den
Anschluß mehrerer
berechtigter Telefone vom Netzanschluß NT auf Grund der dort eingestellten
und oben bereits im Zusammenhang mit 1 erwähnten Strombegrenzung 4 nicht
aufgebracht werden und zum anderen kann die notspeisefähige Stromversorgungsschaltung
durch Überlastung
beschädigt
werden.
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Die
Bauelemente der notspeisefähigen Stromversorgungsschaltung
nach 2 sind deshalb im allgemeinen so dimensioniert,
daß diese
ein Telefon sowohl normalspeisen, wenn es den Vorschriften zur Stromentnahme
des ISDN-Netzbetreibers entspricht, als auch notspeisen können.
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Aus
diesen und den oben angeführten
Gründen
für eine
problemlose Übertragung
der Nutzsignale über
die Digital-/Analog-
bzw. Analog-/Digitalwandler können
für die
Dimensionierung der Notspeiseschaltung etwa folgende Werte genommen
werden:
C1 bis C4 jeweils 1μF/63V
L1
bis L4 jeweils 10mH/90mA
D1 bis D4 jeweils 100V/100mA/500mW
(Type 1N4148).
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Abweichungen
von diesen Werten sind in dem Maße erlaubt, als sie für eine höhere, bzw.
geringere Belastung der Notspeiseschaltung erforderlich sind, und/oder
sie für
eine andere Dämpfung
notwendig sind, wobei stets, wegen der nach- und vorgeschalteten Wandler, deren
Erfordernisse hinsichtlich Phasenfehler, Impulsform und Dämpfung zu
berücksichtigen
sind.