JPH0334711B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、浮動形DC−DCコンバータ方式直流
供給回路の長所である高い対地平衝度特性と高効
率給電特性を損うことなく、当該DC−DCコンバ
ータから出るスイツチング雑音、特に同相成分雑
音を除去できる直流供給回路の構成に関するもの
である。

直流供給回路は交換機から加入者線路を介して
電話機等の端末に直流の通話電流を供給する回路
である。

現在、交換機に一般に使用されている直流供給
回路は、リレースイツチの巻線によつて実現して
いる。直流供給回路に要求される性能としては、
(1)直流を供給する給電機能、(2)直流が流れたこと
を検知するループ監視機能、(3)通話音声とのイン
タフエース機能、(4)同相成分雑音である交流誘導
雑音に対する高い平衡度特性と吸収能力、等が挙
げられる。リレースイツチの巻線の場合には該巻
線が大きなインダクタンスをもち、２分割された
巻線は両巻線の特性が一致するようにバイフアー
ラ巻になつている。また２分割された巻線の巻き
方向が指定されており、同相成分雑音に対しては
巻線のインピーダンスが低くなつてこの雑音を局
電源に吸収し、通話音声等平衡成分信号に対して
は巻線が高インピーダンスとなつて巻線の存在が
無視できるようになつている。これら列挙したリ
レースイツチの巻線の性能により、前記の直流供
給回路への要求性能が満たされている。このよう
に優れた性能を有する直流供給用リレースイツチ
ではあるが、リレースイツチは電磁部品であり、
低周波まで高いインピーダンスとなるインダクタ
ンスを実現するために、小型化には限界がある。
また、２分割の巻線同志の特性をそろえる必要が
あるので製造コストの低減にも限界がある。

また、直流−48Vの局電源を用いて端末へ供給
する通話電流は20ｍＡから100ｍＡ以上の幅をも
つている。従来のリレースイツチやそれを電子回
路でシユミレートした型の直流供給回路は供給回
路の内部直流抵抗を440Ωにしているので100ｍＡ
以上の電流が流れると内部消費電力は4.4W以上
となり、集積回路内にとり込むには発熱が大き過
ぎる。また、直流供給回路は加入者対応の回路で
あり、交換機の中に多数の回路数が実装されるの
で、回路内での大消費電力は実装面の熱設計上
も、交換機の低消費電力化の観点からも検討を要
する項目がいくつか見られる。

近年、直流供給回路の電子化による小型化と、
集積回路化して量産による低コスト化をはかる検
討がなされている。検討の方向の１つにDC−DC
コンバータ方式を用いた高効率直流供給回路があ
る。従来のリレースイツチやそれを電子回路でシ
ユミレートした型の直流供給回路は前述した不利
があるが、DC−DCコンバータ方式直流供給回路
は同じ供給電流特性にするのには、440Ωの抵抗
の電圧降下を用いず、トランス等のコイルのイン
ダクタンスを用いて所望の特性を得るので、原理
的には供給回路での発熱がない高効率供給方式の
回路である。

DC−DCコンバータ方式には、いくつかの形式
があるが、いずれの形式でも共通していること
は、インダクタンス素子にパルス的に開閉するス
イツチを通して一次電源からパルス状の電流を流
し、インダクタンス素子の反対側の整流回路にあ
らわれる電流を整流して加入者線路へ供給する直
流電源にするということである。インダクタンス
素子としてパルストランスの巻線を用いると、ス
イツチング素子と局電源が接続される巻線と整流
回路や加入者線路が接続される巻線をトランスの
別々の巻線で実現でき、これにより後者の巻線を
大地から電気的に浮動状態にすることができる。
前者の巻線を一次側の巻線、後者の巻線を負荷側
の巻線と称することにする。負荷側の巻線と負荷
回路を浮動形にすると対地インピーダンス（縦イ
ンピーダンスまたは同相成分インピーダンスとも
呼ばれる。）が極めて高くなるので、大きな対地
不平衡減衰量特性を実現しやすい。このことは前
述の直流供給回路に要求される性能のうちの(4)同
相成分雑音である交流誘導雑音に対する高い平衡
度特性と吸収能力、の性能が容易に実現されるこ
とを示している。このため、この浮動形DC−DC
コンバータ方式直流供給回路の実用化の研究がな
されてきたが、浮動形にすると、これまではスイ
ツチング雑音、特に同相成分雑音が抑圧しきれな
いという欠点があつた。この様子を図面を用いて
説明する。

第１図は、従来の浮動形DC−DCコンバータ方
式直流供給回路の構成を示している。また、第２
図は第１図の各部の代表的な波形を示している。
第１図において、１００はクロツク発生回路、１
０１はパルス幅変調（PWM）回路、１０２は整
流回路、１０３はフイルタ回路SW１００はスイ
ツチ素子、Ｔ１００はパルストランス、Ｄ１００
は整流用ダイオード、Ｃ１００は整流用コンデン
サ、Ａ，Ｂは端子である。第１図及び第２図にし
たがつて、回路の動作を説明する。

クロツク発生回路１００は、DC−DCコンバー
タの一次側スイツチング周波数を決定するクロツ
クを発生し、このクロツクはパルス幅変調
（PWM）回路１０１に入力してPWMのタイミン
グとなる。このPWM信号は第２図の電圧ｂの波
形例に示すとおりであり、第２図では電圧ａなる
クロツクの立上りをPWMのタイミングにしてい
る。PWM信号を駆動信号としてスイツチ素子
SW１００に印加する。第２図の電圧ｂの波形で
高レベルのときスイツチ素子SW１００は導通
し、電圧ｂが低レベルのときにはスイツチ素子
SW１００が非導通になるようにすると、スイツ
チ素子SW１００を介してパルストランスＴ１０
０の一次側の巻線（端子１−２間）に、大地電位
から局電源電位−V_Bに向けて第２図の電流Ｉで
示すような電流が流れる。一次側の巻線に電流Ｉ
が流れるとパルストランスＴ１００の他の巻線に
も電流が流れようとするが、負荷側の巻線（端子
３−４間）の場合、巻線の巻き方向から誘起電流
の方向は巻線の端子４から負荷へ流れ出す方向で
ある。この電流方向は整流用ダイオードＤ１００
を逆バイアスにするので、結果として一次側巻線
に電流Ｉが流れている間は負荷側の巻線の負荷イ
ンピーダンスは極めて大きくなり、電流は流れな
い。一方、スイツチ素子SW１００が非導通とな
り一次巻線の電流がゼロになると、負荷側の巻線
には逆方向の電流が流れようとする。この方向は
端子３から負荷側へ流れ出す方向である。このと
き、ダイオードＤ１００は順方向バイアスになる
ので導通し、第１図のｉなる矢印で示した電流が
整流用コンデンサＣ１００を介して流れる。電流
ｉの波形例は第２図に示してある。電流ｉにより
コンデンサＣ１００は第１図に示した極性で充電
される。コンデンサＣ１００は電流ｉが流れてい
る間は充電され、電流ｉが流れていない間は負荷
に向けてその電荷を放電する動作をクロツクの周
期毎に繰り返す。この放電により電流が負荷に流
れて、端末に対する供給電流となる。

パルストランスＴ１００のもう１つの巻線（端
子５−６間）と整流回路１０２により、PWM変
調用信号ｅが作成されてパルス幅変調回路１０１
に送られる。端子５−６間の巻線の巻き方向と整
流回路１０２の中の電流スイツチング極性との関
係は負荷側の巻線の巻き方向と整流用ダイオード
Ｄ１００の電流スイツチング極性と同じにしてあ
る。スイツチング素子SW１００の制御信号であ
る電圧ｂで示す信号のパルス占有率が一定のと
き、パルストランスＴ１００を介して転送される
電力の総和は負荷の大小によらず一定である。こ
のため整流用コンデンサＣ１００の両端間の電圧
は負荷の直流抵抗の平方根に比例して変化する。
この電圧は負荷側の巻線と端子５−６間の巻線の
巻線数比に比例して端子５−６間に現われるの
で、端子５−６間の電圧情報を整流回路１０２に
通して得られる電圧ｅは負荷側の巻線の負荷の直
流抵抗値の情報をもつている。さらに電圧ｅに対
し適当な閾値電圧で比較すれば直流ループ検出機
能を行わせることも可能である。

フイルタ回路１０３は、直流は通過させるが交
流はしや断する特性なので、加入者線路が接続さ
れる端子Ａ，Ｂから見ると、直流では電池である
整流用コンデンサＣ１００が見えて低インピーダ
ンスとなり、交流ではフイルタ回路１０３が高イ
ンピーダンスになるので直流供給回路が見えなく
なる。第１図では省略してあるが、交流である音
声信号は音声信号処理回路で終端され処理され
る。

同相成分雑音は次のようにして発生する。今ま
で述べた動作原理の中では一次側巻線に電流Ｉが
流れている間は整流用ダイオードＤ１００が逆バ
イアスになり、負荷側の巻線には電流が流れない
と記したが、実際には浮遊容量が端子３，４その
他部品のリード線部分に存在するので、パルス状
の電流であればその浮遊容量を介して流れる。原
理的には負荷側の巻線に誘起した電圧はすべて整
流用ダイオードＤ１００の両端にかかり負荷側の
系が浮動形であればこの電圧は加入者線路に出て
ゆかないが、浮遊容量があると端子３，４各々の
浮遊容量の逆数の比で分割されて大地と各端子の
間に電圧波形が生じる。この様子を説明する図が
第３図である。

第３図は、第１図の負荷側の巻線から整流用コ
ンデンサＣ１００までを抜き出し、浮遊容量を書
き加えた図である。図中一点鎖線で示した矢印
は、一次側のスイツチング素子が導通し、負荷側
の整流用ダイオードＤ１００が非導通になつた状
態での浮遊容量Ｃ３００〜Ｃ３０２を介して洩れ
電流が流れる経路を示している。第３図の回路の
交叉点３、４は第１図のパルストランスＴ１００
の端子３，４と一致している。ダイオード１００
が逆バイアスされてしや断状態であつても、第３
図の一点鎖線の経路があれば浮遊容量Ｃ３００〜
Ｃ３０２および整流用コンデンサＣ１００のパル
スに対するインピーダンス比に応じて端子３，４
および端子ｆに対地の電圧波形が生じる。ここで
浮遊容量Ｃ３００〜Ｃ３０２に比べて整流用コン
デンサＣ１００の容量は一般に極めて大きいため
に端子３の電圧波形と端子ｆの電圧波形は十分一
致している。第１図で示したとおり、この端子３
は加入者線路の対線の一方に直結されており、端
子ｆもフイルタ回路１０３を介して加入者線路の
対線の他方に接続されており、フイルタ回路１０
３の交流インピーダンスに比して加入者線路およ
び端末機器の対地インピーダンスは大きいので端
子３とｆのほぼ同一の電圧波形は同相成分雑音と
して加入者線路に出力されてしまう。

同相成分雑音のレベルはパルストランスＴ１０
０負荷側の巻線に誘起する電圧と浮遊容量Ｃ３０
０〜Ｃ３０２の容量比に依存しており、数十Ｖに
達する場合もある。この同相成分雑音が有限の対
地平衡度の対線に印加されるとその不平衡度に応
じて同相成分が平衡成分に変換されて除去しがた
い雑音となつたり同相成分の故に他の回路や路線
に誘導雑音として混入して品質を劣化させるとい
つた欠点があつた。

本発明はこのような欠点を解決することを目的
とし、パルストランスの負荷側の巻線の両端と整
流用コンデンサの両端との間を一方向にのみ電流
を流し得る半導体素子を介して接続することによ
り、パルストランスの負荷側の巻線に誘起された
大振幅信号が、浮遊容量が存在しても、整流用コ
ンデンサの両端のいずれの端子にも伝わらないよ
うにしたものである。以下、図面を参照して、実
施例について説明する。

第４図は本発明の一実施例である。従来の回路
構成を示す第１図と対応しているが、異なる点は
パルストランスＴ１００の負荷側の巻線（端子３
−４間）の端子３と整流用コンデンサＣ１００の
端子ｇとの間に第２の整流用ダイオードＤ４００
を接続し、端子３−第２の整流用ダイオード
D400−整流用コンデンサＣ１００−第１の整流
用ダイオードＤ１００−端子４の経路で電流が流
れる点である。DC−DCコンバータ回路における
第２の整流用ダイオードＤ４００の動作は、第１
の整流用ダイオードＤ１００と同様の整流動作を
行う。

また、第２の整流用ダイオードＤ４００のイン
ピーダンスは第１の整流用ダイオードＤ１００と
同じ変化を示すので、この第２のダイオードＤ４
００が浮遊容量によるパルス性信号の側流経路の
形成に与える影響は極めて大きい。

第５図に、本発明による回路構成での負荷側の
巻線から整流用コンデンサまでの回路を抜き出し
た回路図と浮遊容量の影響を示す図を示す。

第５図の構成では、負荷側の巻線から整流用コ
ンデンサＣ１００までの各素子のインピーダンス
が平衡している点が、第３図と異なつている。負
荷側の巻線および該巻線に直結される整流回路を
直流から高周波にいたるまで平衡回路網構成と
し、かつ前記周波数全域において該回路網を大地
から疎にすることを特徴としている。

整流用ダイオードＤ１００とＤ４００が有るた
めにこれらの整流用ダイオードＤ１００，Ｄ４０
０がしや断状態の時には浮遊容量を考慮しても整
流用コンデンサＣ１００と負荷側の巻線のつなが
りは極めて疎になつており、端子ｆ，ｇを通つて
端子３に電流を流す側経路がなくなつている。こ
のために負荷側の巻線に誘起した電圧はすべて整
流用ダイオードＤ１００とＤ４００に平等にかか
り、端子ｆ，ｇには対地の信号が生じない。そし
て、加入者線路に同相成分雑音が出力されること
をなくすことができる。

実施例では、第２の整流用ダイオードＤ４００
を用いているが、これに限らず、一次巻線側のス
イツチング素子SW１００が導通している時には
極めて大きなインピーダンスとなり、前記スイツ
チング素子SW１００がしや断状態のときには極
めて小さなインピーダンスとなるように動作する
素子であればよい。例えば、トランジスタをスイ
ツチングさせることにより目的を達することがで
きる。

直流供給回路は加入者対応に置かれる回路なの
で、極めて高密度な実装となる一方、雑音に対し
ては−70dBｍ以下が要求される。本発明により、
雑音増加原因の同相成分雑音を抑圧することがで
きることは、本来多くの長所を有する浮動形DC
−DCコンバータ方式直流供給回路の実用化と、
それによる直流供給回路の小型化、低消費電力化
の実現に対して大きな効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の浮動形DC−DCコンバータ方式
直流供給回路の図、第２図は第１図中の各点の波
形例、第３図は第１図の従来の構成における同相
成分雑音発生の説明のための回路図、第４図は本
発明の一実施例を示す回路図、第５図は第４図の
構成における洩れ電流の状態を示す図である。 １００……クロツク発生回路、１０１……パル
ス幅変調（PWM）回路、１０２……整流回路、
１０３……フイルタ回路、SW１００……スイツ
チング素子、Ｔ１００……パルストランス、Ｄ１
００，Ｄ４００……整流用ダイオード。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 交換機と端末機器とを接続する加入者線路を
   介して直流の通話電流を供給する浮動形DC−DC
   コンバータ方式の直流供給回路において、パルス
   トランスの負荷側の巻線の両端と整流用コンデン
   サの両端との間を一方向にのみ電流を流し得る半
   導体素子を介して接続したことを特徴とする直流
   供給回路。