JPH0447510B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の背景） ［発明の属する技術分野］ 本発明は電源、具体的には通信システムに用い
られ、変圧器および変圧器にパルス入力電流を提
供する制御回路素子を有する電源に関する。

［従来技術の説明］ いくつかの応用分野では、電源の出力端に高イ
ンピーダンス、例えば開放回路負荷が電源電圧に
接続された場合、電源の出力電圧を制限すること
が望ましい。これは通信システムの加入者線にパ
ワーを提供する電源について言えることである。
線路の長さおよびインピーダンスの変化に適応す
るためには加入者線にほぼ一定の出力パワーを提
供し、また通常の出力電圧レベルより高いものを
避けることが望ましい。多くの電源設計ではパル
スベースの上に変圧器の一次巻線への入力電流を
制御するスイツチング回路を有する変圧器が用い
られている。一つの特例では、変圧器の一次巻線
に連結されたフイードバツク巻線を用いて、一次
巻線に流れる電流を制御する。しかし、この様な
従来の電源は開放回路負荷条件になると、回路素
子が不完全な結果、出力電圧が上昇する欠点を持
つ。さらに、このような従来の電流の出力電圧は
入力電圧変動によつて変化する傾向がある。加入
者線用電源の設計のもう一つの問題は接続されて
いる加入者装置のフツクオンとフツクオフを正確
に検出できる機能である。

（発明の概要） 本発明では一次巻線と二次巻線とを有する変圧
器及び一次巻線へ流れる入力電流を制御する回路
素子からなる電源回路は、制御回路素子と接続さ
れる変圧器の中に変圧器の出力電圧の大きさを検
出し、それがある電圧レベルを越えたとき、一次
巻線への入力電流を減少させる制御回路素子を制
御する検出巻線を持つ。

さらに本発明での電源は出力インピーダンスが
ある臨界値より小さくなると一定の出力パワー
を、出力インピーダンスが臨界値より大きくなる
と一定の出力電圧を提供する。

本発明の一つの具体例では、トランジスタスイ
ツチは一次コイルに直列に接続され、コイルに流
れる入力電流を制御し、また周期的にスイツチを
ONにするクロツク回路によつて制御され、一次
巻線に電流を流す。トランジスタスイツチに直列
接続される電流検出素子は、通常の抵抗でもよい
が、一次巻線に流れる電流に比例する電圧信号を
提供する。この例では、検出巻線は電圧変換回路
に接続される。この電圧変換回路は検出巻線の電
圧が参照値より小さいとき、一定の参照電圧レベ
ルに一致する出力信号を提供し、検出巻線の電圧
が参照値を越えたとき、ある減少された電圧レベ
ルの出力信号を提供する。変換回路の出力は、電
流検出素子の出力が用いられるコンパレーター回
路に対する参照信号として利用される。電流検出
素子によつて提供される電圧が参照信号を越える
とき、コンパレーターはトランジスタにカツトオ
フ状態になるような出力信号を提供する。従つ
て、変圧器の出力電圧を表わす検出巻線の電圧レ
ベルがある一定の参照値以上に上昇すると、コン
パレーターへの参照信号が減らされ、一次巻線電
流がより低い値でカツトオフされる。さらに変圧
器の出力電圧がある値より低いとき、これは臨界
負荷インピーダンスに対応するが、一次巻線への
入力電流が一定であり、また二次側に与えられた
インピーダンスが臨界値以上に増えたときに減少
する。この方法では、高インピーダンスあるいは
開放回路負荷の条件で、極端な高出力電圧が避け
られる。さらに固定した参照電圧源は入力電圧変
動に依存しない回路であり、また回路出力は完全
に入力電圧の変動に依存しない。

本発明の例は、電源回路に接続される任意の加
入者装置のフツクオン／フツクオフ状態を示す出
力信号を提供する監視回路を持つ。別の例では、
監視回路は検出巻線出力信号から得た信号により
発生される。さらにこれらの回路は余分な変圧器
巻線を必要とせずに監視信号を発生し、またルー
プ回路に誘起される可能性のある外部信号に依存
しない。

（実施例の説明） 第１図は変圧器１０１、一次巻線１０３、二次
巻線１０５及び検出巻線１０７を持つ本発明の例
を示す。この回路は電話スイツチシステム用に設
計されたもので、そこで標準電圧源が−48ボルト
の直流を提供する。従つて、一次巻線１０３での
電流は標準の電流の流れる法則に一致してグラン
ドから電源Vssへ流れる。変圧器の巻線の間の相
互インダクタンスの方向は、黒点で示されてい
る。一次巻線１０３への入力電流はトランジスタ
スイツチ１１０によつて制御され、トランジスタ
スイツチ１１０はゲート電圧が与えられたときに
動作し、電流が一次巻線を含むパスに流れる公知
の電界効果トランジスタである。ゲート電圧は標
準の増幅器である駆動回路１１２によつてトラン
ジスタ１１０のベースに与えられる。また標準の
Ｓ／Ｒフリツプ−フロツプ１１４は交互にセツト
とリセツトされ、駆動回路１１２にハイあるいは
ロー電圧信号を提供する。駆動回路はフリツプ−
フロツプからのハイ電圧入力信号に応答して、ト
ランジスタに十分なゲート電圧を提供し、トラン
ジスタを導通状態にする。フリツプ−フロツプ１
１４はクロツクパルスによつて周期的にセツトさ
れ、また一次巻線電流が所定のレベルに達したと
き、コンパレーター回路１２２からの信号に応じ
てリセツトされる。一次巻線１０３とトランジス
タ１１０を含む直列回路は、さらに抵抗１２０を
持つ。それは抵抗にかかる電圧によつて直列回路
に流れる電流を測定する電流センサとして用いら
れる。トランジスタと−48ボルト電源の間に接続
される抵抗は標準の抵抗、例えば10オームでよ
い。トランジスタに接続される抵抗１２０の端子
はコンパレーター回路１２２にも接続され、抵抗
にかかる電圧が参照レベルに達したとき、コンパ
レーターはフリツプ−フロツプ１１４のリセツト
側に信号を与える。こうしてフリツプ−フロツプ
がリセツト状態になり、駆動回路１１２がトラン
ジスタ１１０を遮断し、それによつて一次巻線１
０３へ流れる入力電流がカツトオフされる。フリ
ツプ−フロツプ１１４のセツト端子は、フリツプ
−フロツプを周期的にセツトするクロツクパルス
に接続される。それは駆動回路１１２を働かせ、
トランジスタ１１０が一次巻線電流の次のサイク
ルのために動作する。一次側に電流が流れている
とき、ダイオードは二次側で電流が流れるのを防
ぐ。一次側の電流がカツトオフされたとき、二次
側電流がダイオード１１１を通してコンデンサ１
１３と負荷１０９へ流れる。

第２図と第３図はフリツプ−フロツプ１１４に
与えられたセツトおよびリセツトパルスに関する
二次と検出巻線の電圧波形に対応する一次側およ
び二次側の電流波形を示す。第２図はループイン
ピーダンスが臨界インピーダンスＺ−critより小
さい負荷条件でのこれらの波形を示し、また第３
図はループインピーダンスが臨界インピーダンス
より大きいときの波形を示す。第２図に示される
ようにクロツクパルスの立上がりでは、フリツプ
−フロツプ１１４はセツトされ、一次巻線電流Ip
が立上がる。電流があるレベルに達し、抵抗１２
０にかかる電圧がコンパレーター１２αに与えら
れた参照信号レベルを越えたとき、リセツトパル
スがフリツプ−フロツプ１１４に与えられる。そ
の結果、一次側の電流がカツトオフされ、二次側
電流Isが流れ始める。巻線の極性のため、一次側
電流が流れているときに黒点端では二次側電圧
Vsと検出巻線にかかる電圧Ｖ−senseは負にな
り、二次側電流が流れているときは正となる。二
次巻線１０５はダイオード１１１とコンデンサ１
１３で構成されるネツトワークを通つて負荷１０
９に接続される。本例では、コンデンサは5μFで
ある。

検出巻線１０７は一つの端子が電源Vssに接続
され、もう一つの端子が抵抗１５０を通してピー
ク検出回路１２４に接続される。抵抗１５０およ
びピーク検出回路１２４と電源Vssの間に接続さ
れる抵抗１５２は信号を減衰するのに用いられ
る。抵抗１５０と１５２の値はそれぞれ43KΩと
4.5KΩである。ピーク検出回路は入力電圧のピー
ク値に等しい出力電圧を提供する公知の回路であ
る。ピーク検出回路１２４の出力は1.21KΩの抵
抗１３０を通つて公知の演算増幅器１２６の入力
端に接続される。100KΩの抵抗１３２は演算増
幅器の出力からダイオード１３４およびフイード
バツクの安定性を保つ0.02μFのコンデンサ１３６
と並列の反転入力で接続される。演算増幅器の出
力は4.64KΩの抵抗１５４を通つて、コンパレー
ター回路１２２の参照入力端に接続される。抵抗
１５４および参照入力端から参照電圧源１２８に
接続される1KΩの抵抗１５６は、演算増幅器の
出力信号を減衰するのに用いられる。演算増幅器
は約３ボルトの参照電圧源１２８に接続される参
照入力端子を有する。参照電圧源は電源Vssの変
動に依存しない参照電圧を提供する公知のバンド
ギヤツプ参照回路でもよい。

負荷１０９のインピーダンスが低く、二次巻線
に過度の電圧が生じていない場合の動作を第１図
及び第２図を参照しながら説明する。

負荷インピーダンスが高くない状態では、二次
側電圧Vs（図中ではVsec）及び検出電圧Vsense
も相対的に高い値を示さない。この状態において
ピーク検出器１２４のピーク検出電圧が参照電圧
源１２８の参照電圧Vrより低くなるように設定
しておけば、演算増幅器１２６の出力電圧は参照
電圧Vrと等しくなり、従つてコンパレータ１２
２の参照入力端子には一定の電圧Vrが印加され
ることとなる。

この状態でクロツクCLKが立ち上がり（以下、
第２図参照）、フリツプフロツプ１１４がセツト
されてＱ出力がハイレベルになると、駆動回路１
１２によりトランジスタ１１０が導通する。トラ
ンジスタ１１０が導通すると、一次巻線に入力す
る一次側電流Ipが徐々に増大し、それに比例して
抵抗１２０により生じる電流検知電圧も増大す
る。この電流検知電圧はコンパレータ１２２の他
方の入力端子に印加されているから、コンパレー
タ１２２は一定電圧Vrと電流検知電圧との比較
を行う。

電流検知電圧が一定電圧Vrより低い間はコン
パレータ１２２の出力はローレベルであるが、一
次側電流Ipが増大してその電流検知電圧が一定電
圧Vrを超えると、コンパレータ１２２はハイレ
ベルのリセツトパルスをフリツプフロツプ１１４
のリセツト端子に出力する。このリセツトパルス
によつてフリツプフロツプ１１３のＱ出力はロー
レベルになり、駆動回路１１２によりトランジス
タ１１０は遮断状態となる。したがつて、一次巻
線１０３に流れる一次側電流Ipはリセツトパルス
が発生した時点で急減にゼロとなり、逆に二次巻
線１０５に二次側電流Isが流れ始める。以上の動
作がクロツクCLKの周期で繰り返される。

このように、負荷１０９のインピーダンスが低
く、二次側電圧Vs（図中ではVsec）及び検出電
圧Vsenseが相対的に低い状態では、演算増幅器
１２６の出力電圧は参照電圧Vrと等しく、従つ
てコンパレータ１２２の参照入力端子にはその電
圧Vrが印加される。従つて、コンパレータ１２
２からのリセツトパルスは常に一次側電流Ipが一
定の大きさに到達したときに発生し、Ipが流れる
時間及び波形は図２に示すように一定である。即
ち、一次巻線１０３に与えられるエネルギ（電
力）は基本的には各周期で同一となり、理想変圧
器の入力電力と出力電力とは同一になるから二次
巻線１０５で得られる出力パワーは実質的に一定
となる。図４を参照すれば、VoutIout＝一定
（電力）をグラフ化したものが「パワー一定」の
曲線である。

次に、負荷１０９のインピーダンスが増加した
場合を第１図および第３図を参照しながら説明す
る。

負荷インピーダンスが増加すると、二次側電流
Isが減少し、二次側電流Vs（図中ではVsec）が上
昇する。この現像は検出巻線１０７にも反映し、
検出電圧Vsenseの上昇となつて現れ、従つてピ
ーク検出回路１２４の出力であるピーク検出電圧
が上昇する。

ピーク検出電圧が上昇して、参照電圧源１２８
の参照電圧Vrを超えると、それに応じて演算増
幅器１２６の出力電圧は参照電圧Vrから低下す
る。従つて、コンパレータ１２２の参照入力端子
に印加される電圧も低下する。このことはコンパ
レータ１２２からのリセツトパルスがより早い時
点で発生することを意味する。

すなわち、上述したように、クロツクCLKが
立ち上がつて一次側電流Ipが上昇し、それに比例
して電流検知電圧が上昇するが、コンパレータ１
２２の参照入力端子の電圧（演算増幅器１２６の
出力電圧）が一定電圧Vrよりも低い電圧に低下
しているため、より早い時点で電流検知電圧が参
照入力端子電圧に到達し、コンパレータ１２２か
らリセツトパルスが出力される。従つて、負荷イ
ンピーダンスが上昇して検出巻線１０７による検
出電圧Vsenseが高くなると、フリツプフロツプ
１１４は早い時点でリセツトされ、一次側電流Ip
が流れる時間（周期）が短くなる。これによつ
て、二次巻線１０５へ供給されるパワーが減少
し、高インピーダンス負荷にかかる電圧を一定に
保持することができる。

第４図は電源回路が負荷１０９にかかる出力電
圧を、出力電流の関数として示す図である。図は
臨界負荷インピーダンスＺ−critでの電流より低
い電流値で電圧は近似的に一定であることを示
す。実験の回路では出力電圧は約60ボルトであつ
た。出力電流は負荷に接続されるツエナーダイオ
ード１１５によつて零になるのを防ぐ。負荷電流
が零に近づくときツエナーダイオードは70ボルト
で導通する。出力電流が臨界負荷インピーダンス
での電流より大きいとき、出力パワーが一定にな
り、従つて電圧は電流の増加に伴つて下がる。こ
れは出力電流が臨界インピーダンスでの値と約
200Ωの電話加入者線での最小インピーダンスで
の値の間にあるとき有効である。負荷電流がツエ
ナー電流と臨界負荷インピーダンスでの値の間に
あるとき、検出巻線１０７によつて検出される高
負荷電圧に応じて一次巻線入力電流のパルス幅変
調の結果、出力電圧は完全に一定である。臨界負
荷インピーダンスは次式で計算できる。

Ｚ−crit＝2x（R₁＋R₂）²xRs²／N²xR²／₂xFxLp (1) ここでR₁＝抵抗１５０＝43KΩ R₂＝抵抗１５２＝4.5KΩ R_S＝抵抗１２０＝10KΩ Ｎ ＝一次巻線と検出巻線の巻数比＝
0.5 Ｆ ＝クロツク周波数＝256KHz L_p＝一次巻線インダクタンス200μH 第１図の回路は通信スイツチシステムの電話線
用に設計されたもので、加入者線のフツクオン／
フツクオフ状態を決めるため、システムコントロ
ーラによつて出力が時間的にサンプリングされる
監視回路１３５が提供されている。監視回路はコ
ンパレーター１４０で構成され、その一つの端子
はピーク検出器を通つて電流検出抵抗１２０に接
続され、もう一つの端子は参照電圧源１４４に接
続される。これは電源Vssの電圧変動に依存しな
い公知の約1.5ボルトのバンドギヤツプ参照回路
でもうよい。電流検出抵抗１２０にかかる電圧
は、一次巻線のパルス入力電流に従つて変化し、
コンパレーター１４０に信号を提供するため、ピ
ーク検出器１４２は抵抗電圧のピーク値に応じ
て、出力信号を提供するように設計されている。
フツクオンのとき、加入者線のインピーダンスが
高くなり、第４図に示される臨界インピーダンス
より大きくなる。その結果、抵抗１２０およびコ
ンパレーター１４０に対応する入力端では比較的
低いピーク電圧が存在する。フツクオフのとき
は、ループインピーダンスが低くなり、従つて検
出抵抗１２０では電圧が比較的高くなる。参照電
圧源１４４値はフツクオンのときの電圧信号より
高く、フツクオフのときの電圧信号より低くなる
ように選択される。従つて、コンパレーター１４
０の出力ではフツクオフのときよりもフツクオン
の時に違う電圧信号が提供される。この方法では
加入者の状態を示す監視出力は、コンパレーター
１４０によつて提供される。

第１図に示されるフツクオン／フツクオフ検出
器１４５の別の例は点線によつて、演算増幅器１
２６の出力に接続される。フツクオフのとき、負
荷インピーダンスが相対的に低くなり、従つて増
幅器は参照電圧源１２８のレベルより相対的に高
い出力電圧レベルを提供する。フツクオンのと
き、ループインピーダンスは第４図に示される最
大のフツクオンループインピーダンスＺ−max
より高くなる。第４図での等電圧線が横軸接近す
ると、約60ボルトから65ボルトまでわずかの傾き
を持つ。この電圧差は増幅器１２６の出力端でＺ
−maxとフツクオンを区別するのに十分である。
増幅器出力レベルは、コンパレーター１４９によ
つて参照電圧源１４７と比較され、適当な監視出
力信号を提供する。

ここで述べた本発明の精神や範囲から離れず
に、これらの技術で実施例を変更あるいは修正で
きることは明らかである。従つてこれらの変更や
修正は本特許の請求範囲に含まれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す電源回路の回
路図；第２図と第３図は第１図の回路で異なる負
荷インピーダンスでの電流と電圧波形を示す図；
第４図は出力電流の関数として電源の出力電圧を
描いた図である。 １０１……変圧器、１０３……一次巻線、１０
５……二次巻線、１０７……検出巻線、１０９…
…負荷、１１０……トランジスタスイツチ、１１
１……ダイオード、１１２……駆動回路、１１３
……コンデンサ、１１４……フリツプ−フロツ
プ、１１５……ツエナーダイオード、１２０……
抵抗、１２２……コンパレーター回路、１２４…
…ピーク検出回路、１２６……演算増幅器、１２
８……参照電圧源、１３０，１３２……抵抗、１
３４……ダイオード、１３５……監視回路、１３
６……コンデンサ、１４０……コンパレーター、
１４２……ピーク検出器、１４４……参照電圧
源、１４５……検出器、１４７……参照電圧源、
１４９……コンパレーター、１５０，１５２，１
５４，１５６……抵抗。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 変圧器回路１０１の一次巻線１０３に流れる
   電流をスイツチング制御するスイツチ手段１１０
   を有し、そのスイツチ手段の周期的導通期間を一
   定にすることで、二次巻線１０５に接続された通
   信端末負荷１０９へ一定パワーを供給する電流供
   給回路において、 前記変圧器回路に設けられ、前記二次巻線の出
   力電圧の大きさを検出する検出巻線１０７と； 前記検出巻線のピーク電圧を検出するピーク電
   圧検出手段１２４と； 前記通信端末負荷のインピーダンスが上昇する
   ことで前記ピーク電圧がある所定参照電圧
   （VR）を超えると、前記一次巻線への入力電流
   を低減させて前記二次巻線の出力電圧を実質的に
   一定にするように、前記スイツチ手段の周期的導
   通期間を短くする制御手段１２６，１２２，１１
   ４，１１２と； を有することを特徴とする通信端末への電流供給
   回路。