JPS584866B2 - 電流供給回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電話機等の通信端末への直流電流の供給を電
磁系の回路から半導体回路に置換することによって、電
磁系素子の小形化、経済化を図った直流電流供給回路に
関するものである。

電話交換等に於ては、通話に際して通信端末である電話
機に通話電流としての直流電流を供給する必要があった
。

しかしながら、この直流電流は交換接続動作では不必要
なものであるばかりか、この接続処理を半導体回路で実
現する場合には極めて有害なものであった。

従って、この直流電流を交換機側には遮断し、電話機側
へのみ供給するための電流供給回路は従来より数多く提
案されており、その内のいくつかは実用化の段階にまで
達している。

第１図に従来使われてきた電流供給回路の代表例を示す
。

ａは通話電流を抵抗Ｒａ、変成器Ｔの１次巻線Ｎ１、加
入者線路および電話機（図では省略）、変成器Ｔの１次
巻線Ｎ１’、抵抗Ｒｂを通して流すので、加入者線路の
短い（０ｋｍ）加入者に対しては第２図のＰ点で示され
るように１００ｍＡを越す電流が流れ、抵抗Ｒａ，Ｒｂ
の定格電力が大きく、また変成器Ｔも直流１００ｍＡを
流し且つ充分なインダクタンスを必要とするため極めて
大きく、不経済であった。

ｂはその変形で、通話電流はチョークコイルＣＨを通り
、変成器Ｔは小形になるが、大きなチョークコイルＣＨ
が必要となり、小形化を妨げているばかりか不経済でも
ある。

一般に＋１０ｄＢｍ（１０ｍＷ）以下の音声信号を扱う
６００Ωないし９００系の音声帯域変成器Ｔの１次イン
ダクタンスは１〜２ヘンリーが必要である。

たとえばこれの１次巻線に１００ｍＡの直流重畳電流が
流れるとチョークコイルとしての等価変圧器（５０Ｈｚ
換算）容量は １／２ωＬＩｄｃ２＝（１／２）×１００π×（１〜２
）Ｈ×０．ＩＸ＝１．５７〜３．１４Ｗａｔｔ（ａｔ
５０Ｈｚ）となり、１０ｍＷの音声変成器容量は無視で
きる程小さく、ほとんど１次巻線容量で変成器Ｔの大き
さが決まってしまう。

したがって直流重畳電流を減らすことが変成器Ｔの小形
、経済化に接がるため、見掛上の直流アンペアターンを
打消して鉄心の飽和を防ぎ、鉄心の形状を小形にする試
みもある。

第１図Ｃおよびｄはその例である。しかし、Ｃの例では
、Ａ線およびＢ線の対地不平衡、周波数特性等の電気的
特性が極めて悪化し、中でも対地不平衡は交換機の規格
値を大きく外れており、公衆通信網用の交換機では使用
できないという欠点があった。

また、ｄの例では変成器Ｔの１次巻線側に最大１００ｍ
Ａを越す巻線と等価なＮ１″巻線を巻込むため、結局コ
イルの銅量がほぼ倍増し、変成器Ｔの小形化、経済化も
不充分であるばかりか、＋Ｖの補助電源を必要とする等
の欠点を有しており、対地不平衡等の電気的特性の点で
もＣほどではないにしても悪く、規格を満足することは
困難であった。

第２図は、第１図ａ，ｂ，ｃ，ｄに示す各回路の線路電
流と局内抵抗を含む加入者線ループ抵抗との関係を示す
もので、加入者線路距離０、局内抵抗４４０Ωのみで電
話局電池電圧−４８Ｖのときは最大線路電流１０９ｍＡ
が、また線路抵抗２ｋΩのときは約２０ｍＡが流れる。

第１図ａ，ｂおよびｄはこの傾向を示し、ｃは定電流供
給のため線路長０でも通話電流は２０ｍＡを越えないの
で、ｄ程１次巻線の銅量は多くなく、第１図の４案中最
も小形であるが、前述のように対地不平衡が最悪で公衆
通信網用交換機には使用できない。

本発明は、半導体形の電流供給回路をＡ線と地気との間
およびＢ線と負極性電池との間に対称形に挿入し、さら
に、２分割した変成器Ｔの１次巻線をコンデンサで接続
するとともに、このコンデンサの両端を夫々値の等しい
抵抗器を用いて電流供給回路のトランジスタのベースに
接続したことによって、対地不平衡を無くし、変成器Ｔ
の１次巻線の直流重畳電流をこれまでの数十あるいは数
百分の１程度に減少させるとともに、線路電流一加入者
ループ抵抗特性を所定の範囲内で自由に選べる給電特性
をも持たせることによって、前述の如き欠点をほとんど
含まない直流電流供給回路を提供するものである。

以下、図面に従って詳記する。

第３図に本発明の基本原理を説明するための回路図を、
第４図にその線路電流−加入者ループ抵抗特性を示す。

第３図で、Ａ線と地気Ｇの間にあるトランジスタＴａ、
抵抗Ｒｅ１，Ｒｂ１、ダイオードＤａおよびＢ線と負極
性電池一Ｂの間にあるトランジスタＴｂ，抵抗Ｒｅ２，
Ｒｂ２、ダイオードＤｂは夫々半導体形電流供給回路を
構成している。

いま、スイッチＳａおよびｓｂが開放状態にあり、トラ
ンジスタＴａおよびＴｂのベース端子５および６の間に
抵抗Ｒ０を接続した状態では、地気ＧからＲｂ１−Ｄａ
−Ｒｏ−Ｄｂ−Ｒｂ２の経路で負極性電池一Ｂに直流電
流が流れる。

トランジスタＴａ，Ｔｂとして電流増幅率βの充分大き
なものを使用すれば、ベース回路抵抗Ｒｂ１，Ｒｂ２の
両端の電圧は負極性電池一Ｂの電圧を抵抗Ｒｂ１，Ｒ０
およびＲｂ２の抵抗比でほぼ分圧したことになり、抵抗
Ｒｂ１，Ｒｂ２の電圧降下は加入者線路の長さの変動な
ど外部要因とは無関係に一定となる。

ここで、トランジスタＴａ，Ｔｂは前述の如くβが充分
大きくαがほぼ１に等しいものを使用しているためその
エミツタ電流はコレクタ電流とほぼ等しいものとなり、
従って、次のような関係が成立する。

ここでｖＲｂ１，ｖＲｂ２はベース抵抗Ｒｂ１，Ｒｂ２
の両端電圧、ＶＤはダイオードＤａ，Ｄｂの電圧降下、
ＩＲＯは抵抗Ｒ０を流れる電流とする。

ただしＲｂ１＝Ｒｂ２，Ｒｅ１＝Ｒｅ２とする。

すなわち、トランジスタＴａ，Ｔｂのエミツタ電流は線
路の長さとは無関係にＲｂ１，Ｒｂ２，Ｒ０，Ｒｅ１お
よびＲｅ２の抵抗値によって決まる定電流値を保ち、ト
ランジスタＴａ，Ｔｂは定電流源として動作する。

たとえば電流ＩＲ０を２ｍＡ，トランジスタＴａ，Ｔｂ
のコレクタ電流（：エミツタ電流）を２０ｍＡとして、
トランジスタＴａ，Ｔｂの電流増巾率をβ≧５００程度
に選定することによってトランジスタＴａ，Ｔｂのベー
スに流れ込む電流を無視すれば、 となる。

ここで、β≧５００程度のトランジスタは、ダーリント
ン接続、コンプリメタリ接続等の複合接続トランジスタ
によって容易に得ることができる。

従って、抵抗Ｒｂ１＝Ｒｂ２をＲｅ１＝Ｒｅ２の１０倍
に選ぶことにより、第４図Ｃ３のように２０ｍＡの定電
流供給回路が得られ、しかも第１図ｅで示した定電流供
給回路に較べて、 （１）変成器の１次巻線に直流が重畳しない。

（２）Ａ，Ｂ線の対地不平衡インピーダンスは低下しな
い。

などの利点が得られる。

ただし、この場合、それぞれの電流供給回路とも定電流
源として動作するので、第３図の地気ＧとＡ線およびＢ
線と電池一Ｂの間の電位は不定となる。

ここで、電位平衡上からは、任意の加入者線の使用状態
において地気Ｇから下がるＡ線の電位ＶＧＡと、電池−
Ｂから上がるＢ線の電位ＶＢ−Ｂとは通常等しいことが
望ましい。

この条件を満たすために、たとえば第３図のスイッチＳ
ａ，Ｓｂを閉じると、トランジスタＴａ，Ｔｂのうちコ
レクターベース間電圧の高い側の抵抗Ｒ１（またはＲ１
′）の電流が大きくなり、トランジスタＴａ（またはＴ
ｂ）のコレクターベース間電圧差を低くする方向に自動
制御される。

したがって抵抗Ｒ１，Ｒ１′を挿入すると電位ＶＧＡと
ＶＢ−Ｂの間の電位差が平衡を保ち、上述の電位不定条
件がなくなる。

しかし、このように抵抗Ｒ１，Ｒ１′を挿入すると、そ
れぞれの電流供給回路はたとえばＡ線に対して等価出力
抵抗Ｒは ただしＲｂ１《Ｒ１，β≧５００ となる。

ここでＲｅ１／Ｒｂ１として前述の１／１０を入れると となり、たとえば抵抗Ｒ１およびＲ１′を５００ｋΩ程
度に選んだとしてもＡ，Ｂ両線にそれぞれ約４．５ｋΩ
の抵抗が接続されたことと等価になり、音声帯域内での
挿入損失をまねく。

これを防ぐため、音声帯域内で抵抗Ｒｂ１のインピーダ
ンスを低くする方法として、抵抗Ｒｂ１，Ｒｂ２にそれ
ぞれバイパスコンデンサを入れる方法も考えられるが、
ダイヤルパルスの再生中継における波形歪の問題が生じ
る。

このような問題を解決するには、抵抗Ｒ１が音声帯域に
対しては高いインピーダンスであリ、一方Ａ，Ｂ線の直
流電位を決定する直流成分に対してはそのまま抵抗とし
て動作することが望ましい。

そこで、たとえば抵抗Ｒ１のＡ線側端子１の位置を直流
電位としてはほぼ同一の変成器Ｔの１次巻線端子２の位
置に、同様にして抵抗Ｒ１′のＢ線側端子８の位置を１
次巻線端子３の位置に移す。

この様にして構成されたのが第５図に示す本発明の実施
例である。

このように構成すると、Ａ，Ｂ両線の直流電位をトラン
ジスタＴａ，Ｔｂで自動制御する点では第３図のスイッ
チＳａ，Ｓｂを閉じた状態と同一でありながら、音声帯
域信号に対しては抵抗Ｒ１，Ｒ１′の接続される端子２
および３の電位はコンデンサＣのために不変であり、ト
ランジスタＴａ，Ｔｂが高インピーダンスを維持する。

したがって、音声帯域内で電流供給回路は全く挿入損失
を持たないという極めて重大な特徴を発揮する。

しかも、このとき変成器Ｔの１次巻線に流れる電流は加
入者線に流れる電流に較べて充分少ないので、変成器Ｔ
の大巾な小形、経済化が実現される。

次に、本発明のもうひとつの重大な特徴について述べる
。

いま、第５図において、抵抗Ｒ１，Ｒ１’を（１）にす
れば、第３図で述べたとおり第４図にＣ３で示す様な定
電流特性が得られるが、第６図に示す如く逆に抵抗Ｒ０
を∽にして、抵抗Ｒ１，Ｒｌ’，Ｒｅ１，Ｒｅ２，Ｒｂ
１およびＲｂ２を（６）式から得られる等価出力抵抗Ｒ
が通常の電話交換機で用いられる２２０Ωとなるように
選ぶこともできる。

たとえば、前述の（６）式の例で抵抗比Ｒｅ１／Ｒｂ１
を１／１０、抵抗Ｒ１を２．４２ｋΩとするのがその一
例であるが、３種類の抵抗値にはさまざまな値が（６）
式の範囲でとりうる。

このときの線路電流と加入者線ループ抵抗（局内のそれ
も含む）との関係は第４図の曲線Ｃ１で示される。

この特性曲線は従来方式の第１図ａ，ｂおよびｄに示し
た特性と一致しており、異なる点は変成器Ｔの一次巻線
に の電流が、また半導体電流供給回路側すなわちトランジ
スタＴａ，Ｔｂのコレクタ側に の電流が流れることである。

たとえば抵抗比Ｒｅ１／Ｒｂ１が１／１０のとき、第６
図ノ変成器Ｔの１次巻線には トランジスタＴａ，Ｔｂには の電流が流れることとなる。

すなわち、変成器Ｔの１次巻線の直流電流は、抵抗比Ｒ
ｅ１／Ｒｂ１＝１／１０とのきて前述の如く１／１１で
あり、この抵抗比Ｒｅ１／Ｒｂ１をさらに小さく選べば
更に１／１００程度にすることも不可能でない。

次に、抵抗比Ｒｅ１／Ｒｂ１＝１／１０のままで抵抗Ｒ
１，Ｒ２を上記２．４２ｋΩの２倍すなわち４．８４ｋ
Ω二５ｋΩに選ぶと、抵抗Ｒ１，Ｒｌ’によって流しう
る加入者線電流は第４図にＣ１で示される曲線の常に１
／２、すなわち同図に点線Ｃ２で示される特性となる。

次に、Ｃ３で示される２０ｍＡ定電流時の１／２すなわ
ち１０ｍＡの定電流特性が得られるように、抵抗Ｒ０を
第３図のそれに対してほぼ２倍に選ぶと、このルートに
より電流供給回路に加算される１０ｍＡの定電流分のた
め、第５図の合成特性は曲線Ｃ４のようになる。

すなわち、第５図で抵抗Ｒ０，Ｒ１，Ｒ１’、抵抗比Ｒ
ｅ１／Ｒｂ１などを任意に選べば、本発明の電流供給回
路は第４図の曲線Ｃ１からＣ３の範囲で、且つ線路距離
の延長に対して線路電流（通話電流）がなだらかに減少
する曲線の条件において自由に選ぶことができ、局に近
い加入者の通話電流（最大値）と最遠端加入者の通話電
流（最小値）との比を、抵抗Ｒ０，Ｒ１＝Ｒ１’の値を
選ぶことにより、自由に選定設計できる特徴を有する。

このことは、交換機の電力消費の削減、放熱設計、実装
の小形化に極めて有効である。

次に、第１図に示すように、抵抗Ｒｂ１，Ｒｂ２両端に
例えば安電圧ダイオードの如き電圧リミット素子Ｚａ，
Ｚｂと抵抗Ｒ２，Ｒ２’とから成る電圧リミット回路を
接続すると、加入者線の電流が第８図のＰ点に達したと
き、定電流ダイオードＺａ，Ｚｂが導通して電圧ｖＲｂ
１，ｖＲｂ２が制御され、トランジスタＴａ，Ｔｂは定
電流に近い動作に移る。

抵抗Ｒ２，Ｒ２′が０で定電圧ダイオードＺａ，Ｚｂの
動的インピーダンスが０となれば第８図の曲線Ｃ５で示
された特性となるが、実際には定電圧ダイオードＺａ，
Ｚｂ自身に有限の動的インピーダンスがあり、また抵抗
Ｒ２も有限の値があるため、例えば曲線Ｃ６のような線
路抵抗と線路電流特性を得る＝ことができる。

すなわち、第１図に示す回路例では、局から近いＰ点（
第８図）までの範囲の加入者に対してのみ通話電流制限
を行うことができる。

ここで、電圧リミット素子としては前述の定電圧ダイオ
ードの他に、例えば電池とダイオードとの組合せ等によ
っても得ることができる。

第９図は、更にこれを実用的な見地から、必要時にのみ
電流供給回路が作動するように半導体形電流供給回路の
動作、停止を制御する光結合スイッチ素子を付加すると
ともに、外来サージに対する対策を講じたものである。

同図に於ては光結合スイッチ素子として、発光ダイオー
ドとフォトトランジスタを１対１で組合せたフオトカプ
ラＰＣ，ＰＣ’を用いている。

即ち、フオトカプラＰＣ，ＰＣ’の駆動入力端子Ｘ，Ｙ
に駆動信号が加えられた時にのみ、トランジスタＴａ，
Ｔｂのベースに信号が加えられる。

従って、前記駆動入力端子Ｘ，Ｙの駆動信号によって電
流供給回路の動作・停止を制御でき、例えば加入者をハ
イ・アンド・ドライ（Ｈｉｇｈ＆Ｄｒｙ）処理する場合
、その制御が極めて簡略となる。

また、加入者の無通話状態における定状電力損を省くた
めにも有効である。

また、Ａ，Ｂ線に加わる外来サージについては次の様な
対策がたてられている。

先ず、正常極性のサージに対しては、使用するトランジ
スタＴａ，Ｔｂとして素子そのものの対圧の高いものを
使用することで、また逆極性のサージに対してはそのコ
レクタにダイオードＤ５，Ｄ６を挿入することで避けて
いる。

さらに、フオトカプラＰＣ， ＰＣ’については、その
制御端子側をダイオードＤ１〜Ｄ４で構成したダイオー
ドブリッジで地気Ｇと負極性電池−Ｂとに接続すること
で、外来サージを地気Ｇと負極性電池−Ｂの電圧との間
にクランプしている。

ここで、本発明は以上の実施例にのみ限定されるもので
ないことはいうまでもない。

第１０図は、本発明の手法を変成器の１次側および２次
側に設け、電話交換機の自局内トランクを構成した例を
示し、変成器の１次側がたとえば発信加入者側、２次側
が着信加入者側を示す。

回路定数は示していないが、これまで説明した各手法を
必要に応じて使用できることは説明するまでもない。

また、自局内トランクの例に止まらず、本発明は一般の
トランクの電流供給のほか電気通信機器における給電法
として一般的に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電流供給回路の例を示す回路図、第２図
はその特性を説明するための図であり、第３図は本発明
の原理を説明するための回路図、第５図〜第７図および
第９図、第１０図は本発明の実施例を示す回路図、第４
図および第８図はその特性を示す図である。 Ｔ；変成器、Ｎ１，Ｎ１’； １次巻線、Ｃ；コンデン
サ，Ｒ０，Ｒ１，Ｒ１’，Ｒ２，Ｒ２’，Ｒｂ１，Ｒｂ
２，Ｒｅ１ ，Ｒｅ２；抵抗、Ｔａ，Ｔｂ；トランジス
タ、Ｄａ，Ｄｂ，Ｄ１〜Ｄ６；ダイオード、Ｚａ１，Ｚ
ｂ；定電圧ダイオード、ＰＣ，ＰＣ’；フォトカプラ、
Ｇ；地気、−Ｂ；負極性電池。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 変成器を用いてこの変成器の１次および２次巻線に
   各々接続されている通信路相互間の通信情報の転送を行
   なうとともに、これら通信路の両側あるいは所望の片側
   へ直流電流を供給するための電流供給回路に於て、変成
   器の直流電流を供給する必要のある通信路が接続されて
   いる巻線を２分割してこれらをコンデンサを介して接続
   し、地気とこの通話路のＡ線との間およびＢ線と電池と
   の間に各々トランジスタを含んでなる半導体形電流供給
   回路を対称形となる様に接続するとともに、前記両者の
   トランジスタのベース間を抵抗Ｒ０で結び、該抵抗Ｒ０
   の両端を各々抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ１’を介して前記コンデ
   ンサの両端へ接続することを特徴とする電流供給回路。 ２ ２つの半導体形電流供給回路として、一方の回路は
   地気端子とトランジスタのエミツタとの間に、他方の回
   路は電池端子とトランジスタのエミツタとの間に各々抵
   抗を、更にベースとの間に各々抵抗とダイオードの直列
   回路を接続し、前者の回路のトランジスタのコレクタを
   通話路のＡ線へ、後者の回路のトランジスタのコレクタ
   を通話路のＢ線へ接続するとともに、前記各々のトラン
   ジスタを前記両半導体形電流供給回路で相補となるもの
   を使用したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の電流供給回路。 ３ ２つの半導体形電流供給回路として、一方の回路は
   地気端子とトランジスタのエミツタとの間に、他方の回
   路は電池端子とトランジスタのエミツタとの間に各々抵
   抗を、更にベースとの間に各各抵抗と電圧リミット素子
   から成る電圧リミット回路と抵抗の並列回路にダイオー
   ドを直列接続した回路を接続し、前者の回路のトランジ
   スタのコレクタを通話路のＡ線へ、後者の回路のトラン
   ジスタのコレクタを通話路のＢ線へ接続するとともに、
   前記各々のトランジスタを前記両半導体形電流供給回路
   で相補となるものを使用したことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の電流供給回路。 ４ トランジスタとして複合接続トランジスタを用いた
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項もしくは第３項
   記載の電流供給回路。 ５ 変成器を用いてこの変成器の１次および２次巻線に
   各々接続されている通信路相互間の通信情報の転送を行
   なうとともに、これら通話路の両側あるいは所望の片側
   へ直流電流を供給するための電流供給回路に於で、変成
   器の直流電流を供給する必要のある通信路が接続されて
   いる巻線を２分割してこれらをコンデンサを介して接続
   し、地気とこの通話路のＡ線との間およびＢ線と電池と
   の間に各々トランジスタを含んでなる半導体形電流供給
   回路を対称形となる様に接続し、前記両者のトランジス
   タのベース間を抵抗Ｒ０で結び、該抵抗Ｒ０の両端を各
   々抵抗Ｒ１，抵抗Ｒ１′を介して前記コンデンサの両端
   へ接続するとともに、前記抵抗Ｒ０と前記各々の半導体
   形電流供給回路のトランジスタのベース間に駆動信号に
   よって動作するスイッチ素子を設け、必要時のみ電流供
   給回路が作動することを特徴とする電流供給回路。 ６ 駆動信号によって動作するスイッチ素子として光結
   合スイッチ素子を用いたことを特徴とする特許請求の範
   囲第５項記載の電流供給回路。