专利名称：用于电信装置的电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于对多个，诸如电话之类的远端设置的电信装置进行供电的电源设备，和涉及包括连接到多个电话上的这样的设备的组合装置。
背景技术：
常规的电话交换机能够为大量的电话服务，这些电话由于离交换机的距离不同而沿各个不同长度的线路连接到交换机上。交换机还馈送各个中继电信信号到每个线路，以足够的功率操作各个电话。由于不同的线路长度，在各个线路上引起不同的阻抗损耗，从一个电话到另一个电话这个功率也是不同的。
在功率上变化的要求通过多个用户线路接口电路(SLIC)予以适应，每个接口电路通过相应的线路进行中继，以足够的功率操作其相应的电话。如果使用线性SLIC，从电源馈送到每个电路的多余功率作为热量被耗散掉。在这种情况下，从功率源施加到每个SLIC的电压足以操作由最长线路连接的电话。如果大量的其它电话是按很短的线路进行连接的，与较短的线路相连的SLIC不得不耗散相对大的功率，这样是不经济的和导致交换机中的散热问题。
某些交换机使用具有可以减小功率耗散的单独的内部开关模式电源单元的SLIC。但是这种SLIC是比较昂贵的。
发明概要按照本发明的第一方面，提供用于沿各个相应线路连接到多个远端设置的电信装置的电源设备，该设备包括多个接口电路，每个接口电路具有和用于连接到公共电源的一个输入端和连接到相应线路的一个输出端，当工作时，每个接口电路馈送从电源传送来的足够的功率到该线路，提供操作相应的电信装置的要求的功率量，耗散任何从电源馈送到接口电路的多余的功率，其中该设备包括公共功率调整装置，用于监视被每个工作的接口电路馈送到它的相应线路的功率量的特性和从而控制馈送到每个工作的接口电路的功率，使所述馈送的功率基本上等于由该工作的接口电路要求的最大功率量。
因此，功率调整装置保证馈送到所有接口电路的功率是由工作的接口电路须馈送最大功率到它的相应线路上的要求进行调整的。因此，本发明有助于减小需要由工作的接口电路耗散的功率量，特别是，当具有最大功率要求的接口电路未被启动时，和因此能使该设备利用相对便宜的线性SLIC时，同时避免，或至少改善在SLIC中出现的功率耗散时。
比较方便地是，通过调整装置监视的特性是由每个工作的接口电路施加电压到它的相应线路的电压，和该调整装置通过控制施加到各个接口电路的输入端的电压控制施加到接口电路的功率。
比较方便地是，该设备适合于被连接到直流电源，例如电池上。
功率调整装置最好包括一个开关模式的电源单元，可操作地减少直流电源馈送到接口电路的电压。
最好是，接口电路被安装在安装到一个机架上的单一电路板上。
最好是，该设备具有多个这样的电路板，和调整装置是多个，每个与一个相应的电路板相连的这种装置中的一个。
采用多个电路板和相连的调整装置能使各个线路到各个接口电路以这样分配，即在每个电路板上的各个接口电路被连接到多个类似长度的线路上，因此减少将被由每个相应电路板中的各个接口电路馈送的功率范围。这种在范围上的减少能使通过接口电路耗散的功率量进一步减小。
按照本发明的第二个方面，提供一种具有按照本发明的第一个方面的沿不需要相同电阻的相应线路连接到多个远端设置的电话和连接到一个直流电源的电源设备的电话交换机。
和最好是，该设备具有多个电路板，每个电路板具有相应一组接口电路和所有连接到每个电路板上电路的线路的长度是多个不同范围中的相应一个范围。
本发明还涉及用于按照本发明的第一个方面的设备的功率调整装置，该功率调整装置包括连接到电池的电源输入端，多个另外的输入端，每输入端连接到相应接口电路的输出端，与所述另外的输入端相连的监视装置，监视装置用来监视由各个工作的接口单元馈送到各自线路的电压或电流，所述线路将接口单元与各自的电信设备相连。该监视装置在任何时间被可操作地确定所述电压或电流的最大值；和控制装置，用于施加从所述电池电压得到的输出电压到所有所述接口电路，该输出电压基本上等于由工作的接口电路要求的最大电压。
最好是，该监视装置被安排监视由所述工作的接口电路馈送的电压和确定所述各个电压的最大电压。
附图简述现在将参照各个附图以例子的方式描述按照本发明的电源设备，其由
图1是当连接到多个电话时该电源设备的示意性方框图；图2是构成表示在图1的设备的一部分的接口电路的方框图；图3是该设备的另外一部分的方框图；图4和5是说明该接口电路的操作的图；图6表示用于不按照本发明的设备中的另外一种类型的接口电路；和图7表示具有含有多个按照本发明的电源设备的子机架的交换机。
详细描述表示在图1的电源设备构成电话交换机2的一部分，该交换机沿相应的线路12、14、16和18连接到多个电话4、6、8和10，每个线路包括一对导线(A和B)。为了清楚起见，在图中仅表示出4个电话，虽然该设备通常将服务于6到15个电话(或诸如传真机之类的电信设备)之间。
在这个例子中的设备是在应用于英国的恒流规约下工作的，即馈送一个预定的电流给每个正在使用中的电话。但是，按照本发明的设备可以工作在不同的规约下，例如可应用在美国的恒阻的要求下。
各个电话被配置在离交换机2不同的距离(在0-5km范围)，结果，连接线路不都是相同长度的。但是，各个线路具有相同的电阻率，和因此不包含相同的电阻。
线路12、14、16和18的被连接到4个标号为20、22、24和26的相同线性用户接口电路(SLIC)中对应的一个。各个用户接口电路都具有用于操作电话2、4、6、8和10需要的电源输入端，和这些输入端按照由线路28所指示地被并联连接到补偿电源形式的调整装置30。
单个的线路接口电路20更为详细地表示在图2，其中电阻环路代表线路12和电话4的电阻。电路20包括由反馈环控制的放大器50，该反馈环包括抗饱和电路52和外部编程的电阻器Rdc。放大器50加一个电压Vab到线路12，产生一个流经该线路的电流。
在恒定电流系统的情况下，除非抗饱和电路52被启动，由放大器施加的电流是固定的。在恒定电流系统的情况下，在放大器50的输出端的电压被反馈，如虚线54所指示的，模拟一个恒流电阻。再有，这可以通过抗饱和电路52予以改善(在较长线路的情况下)。
抗饱和电路52提供一个恒定净空电压，以便传输音频(VF)信号的和如果需要，将减小电流(和此后Vab)，以保持VF信号的电压净空。放大器50被调整装置30馈送电压Vreg，和Vreg和Vab之间的差耗散在放大器50上。
参照图3，补偿电源30具有用于连接到电池(未示出)或其它直流电源的输入端，和4个监视输入端56、58、60和62，其每一个被连接到接口电路20、22、24和26中相应一个的输出端。各个监视输入端的每一个又被连接到监视电路64，该电路监视被每个接口电路所施加到它相应的线路(当连接到该接口电路上的电话正在使用时)的电压V(AB)1-4，确定这些电压的最大值和反馈代表该最大值的信号到电压控制单元66。该单元66又被连接到也与电源输入端32和输出端70相连的电源开关调节器68，(连接到线路28)。该调节器施加到线路28一个电压，该电压小于或等于电池电压，而该电压被单元66控制，使得将以下面描述的方式相关于一个最大电压。
在这个例子中，恒定电压要求被用于确定当在使用中必须由每个SLIC向它的相应线路馈送的电压；该电压必须足以产生沿相应线路的30mA电流。由于线路12、14、16和18的电阻的不同，电压将从一个SLIC到另一个而不同。因为每个SLIC是线性装置，任何超过的功率(即，未沿线路12、14、16和18的相应一个被发送的功率)是被作为热耗散的。
在使用中，补偿电源30的开关调节器68控制加到线路28上的电压，使它等于最大电压加为了使SLIC工作需要的偏置电压。结果，由正将最大电压加到其相应的线路的工作的SLIC所耗散的功率被减小了，而在其它工作的SLIC中耗散的功率则小于如果全电池电压被施加到所有SLIC的情况时耗散的功率。
显而易见，沿线路28馈送的电压在任何时间可随哪个SLIC在使用而变。
如图7所示，电源设备的各个元件可以被安装在容纳在多个这样的电路板74、78、80的机架76中的一个单一的电路板74上，每个电路板服务于一组相应的电话。各个电路板的电话是如此分配的，即在一组中的每个电话离交换机的距离处于与该组相关的范围内，从而使得在任何一个电路板上必须由SLIC加的不同电压的范围可以被保持得尽可能最小。例如，连接到电路板74上的所有电话离机架76大于1km，连接到电路板78的各个电话位于300m到1km的范围而连接到电路板80的电话位于0到300m范围。
下面讨论在任何一个电路板上电源设备操作，和在耗散功率的节约上的若干例子。
如上所述，所有的监视输入端V(AB)1-4被进行检查和然后电源30的输出被进行调整，以给出在最坏工作线路上(即该线路具有最高电阻)保持所要求的用户线路状况所需的电压。下面给出一些例子的情况，其中电池电压是48伏，V(ab)是施加在线路28上的电压(和等于在输入端50、58、60、62中相应的一个上检测到电压)和假设需要30mA恒流，400Ω的电话阻抗，200Ω/km的用户线路阻抗，和线路驱动器要求5V偏置。
参照图4，Rloop是电话阻抗和线路阻抗Rline和Rphone之和。Vab是SLIC必须施加到它的线路上的电压和Vreg是由电源30施加到SLIC上的电压。
情况(a)所有用户工作在非常短的线路(可忽略的线路阻抗)上。
Vab(max)＝0.03×Rloop＝0.03×400＝12V。
Vreg＝(0.03×400)+5＝17V。
在这种情况下，Vreg将被设置为17V，和在每个SLIC上的的耗散将是0.15W(对于所有4个信道总功率是0.6W)。
在没有补偿电源的情况下，对于每个信道必须耗散的功率将是0.03×(48-(0.03×400))＝1.08W。
每信道节约的功率等于0.93W。
情况(b)3个用户工作在非常短的线路(12、14、16)(可忽略的线路阻抗)，一个用户工作在300m的线路(18)上。
Vab{12、14和16}＝(0.03×400)＝12V。
Vab{18}＝(0.03×(400+(0.03×200))＝13.8V。
Vreg＝13.8+5＝18.8V。
在这种情况下，Vreg将被设置为18.8V，和在SLIC20、22、24上耗散将是0.204W和在SLIC26上的耗散将是0.15W(对于4个信道总的耗散是0.76W)。
在没有补偿电源的情况下，对于SLIC 20、22、24的功率耗散将是0.03×(48-(0.03×400))＝1.08W和对于SLIC 26将是0.03×(48-(0.03×(400+(0.03×200))))＝1.026W。
每信道节约功率等于0.876W。
情况(c)3个用户工作在非常短的线路(12、14、16)(可忽略的线路阻抗)，一个用户工作在3km的线路(18)上。
Vab{12、14和16}＝(0.03×400)＝12V。
Vab{18}＝(0.03×(400+(3×200))＝30V。
Vreg＝30+5＝35V。
在这种情况下，Vreg将被设置为35V，和在SLIC20、22、24上耗散将是0.69W和在SLIC26上的耗散将是0.15W(对于4个信道总的耗散是2.22W)。
在没有补偿电源的情况下，对于SLIC 20、22、24的功率耗散将是0.03×(48-(0.03×400))＝1.08W和对于SLIC 26将是0.03×(48-(0.03×(400+(3×200))))＝0.54W。
每信道节约功率等于0.39W。
情况(d)一个用户工作在非常短的线路12(可忽略的线路阻抗)，3个用户工作在3km线路(14、16、18)上。
Vab{12}＝(0.03×400)＝12V。
Vab{14、16、18}＝(0.03×(400+(3×200))＝30V。
Vreg＝30+5＝35V。
在这种情况下，Vreg将被设置为35V，和在SLIC20上耗散将是0.69W和在SLIC 22、24、26上的耗散将是0.15W(对于4个信道总的耗散是1.14W)。
在没有补偿电源的情况下，对于SLIC 20的功率耗散将是0.03×(48-(0.03×400))＝1.08W知对于SLIC22、124、26将是0.03×(48-(0.03×(400+(3×200))))＝0.54W。
每信道节约功率等于0.39W。
当该设备被用于恒流阻抗系统时，应用表示在图5中的模式。下面的计算假设来自50V(Vfeed)的2×200Ω馈送恒流阻抗(Rfeed)，400Ω的电话阻抗(Rphone)，200Ω/km(乘以线路长度)的线路阻抗(Rline)，和对于线路驱动器的5V偏置要求。另外，Vab是由SLIC施加到它的线路的电压Vreg和是由电源30施加到SLIC的电压。Iloop是沿线路流动的电流。
情况(e)所有用户工作在非常短的线路(可忽略的线路阻抗)上。
Vab＝50×400/(400+400)＝25VIloop＝Vab/Rloop＝25/400＝62.5mAVreg＝25+5＝30V在这种情况下，Vreg将被设置为30V，和耗散在每个SLIC上功率将是0.3125W(对于4个信道总的耗散是1.25W)。
在没有补偿电源的情况下，对于每个信道的功率耗散将是0.0625×(48-25)＝1.44W。
每个信道节约的功率等于1.125W。
情况(f)3个用户工作在非常短的线路(可忽略的线路阻抗)上，一个用户工作在3km线路上。
Vab{1}＝50×(400+600)/(400+600+400)＝35.7VIloop＝Vab/Rloop＝35.7/(400+600)＝35.7mAVab{2、3、4}＝50×400/(400+400)＝25VIloop＝Vab/Rloop＝25/400＝62.5mAVreg＝37.5+5＝47.5V
在这种情况下，Vreg将被设置为47.5V，和耗散在每个SLIC{1}上功率将是0.179W和每信道在SLIC{2、3、4}耗散的功率将是0.981W(总功率＝3.122W)。
在没有补偿电源的情况下，对于信道1的耗散的功率将是0.0357×(48-35.7)＝0.439W和对于信道2、3、4每信道耗散的功率将是0.0625×(48-25)＝1.44W(总功率＝4.76W)。
每个信道节约的功率等于0.41W。
一种可代替的控制环路方法将可以使用SLIC输出的信号(一般可采用商品元件)，该信号给出环路电流指示。在恒定阻抗馈送的应用中，最小环路电流将直接表示最长的线路和从而表示最大Vab。
对于恒流馈送来说，其中所有线路都在恒流范围，环路电流将相等，在这种情况下，控制电压将被减小，直至各SLIC的抗饱和电路之一(最长线路的)开始减小环路电流。因此，对应的监视输入将开始降低到恒流值以下和在这个点上被调整的电源将保持其电压，以维持SLIC刚好在恒流和工作的抗饱和范围的边缘。在这种情况下，监视方框输出最小电压(Vmin)。
控制电压Vreg是从最大/最小的环路监视电压产生的，使得开关调整器的调整提供在这种最坏情况线路下维持所要求的用户线路条件的电压。这个方框还保证被调整的电压在SLIC电池输入工作范围内。
如图6所示的SLIC是一种具有其内装调整器类型的，该调整器的工作类似于调整器68的款式，减小从电池施加的电压，而不过多耗散功率。但是，包含这种SLIC的交换机是相对昂贵的。
虽然本发明已经相对干电话交换机进行了描述，但是本发明也可以应用到各种类型的一次复用设备，诸如供给用户线接人和适合于远离电话交换机的一次复用器。
权利要求
1.用于沿各线路连接远端设置的多个电信装置的电源设备，该设备包括多个接口电路，每个具有用于连接到一个公共电源的的一个输入端和用于连接到一个相应线路的输出端，当工作时每个接口电路馈送从电源得到的足够的功率到线路上，以提供操作相应的电信装置所要求的功率量，和耗散任何从电源馈送的多余功率，其中该设备包括公共电源调整装置，用于监视由每个工作的接口电路正在馈送给其相应的线路的功率量和控制馈送给每个工作的接口电路的功率，使得所述馈送的功率基本上等于由该工作的接口电路要求的最大功率量。
2.按照权利要求1的设备，其中调整装置被这样安排，在使用中，它监视由每个接口电路施加到它的线路上的电压，提供控制施加到接口电路的输入端的电压，控制施加到接口电路上的功率。
3.按照权利要求1或2的设备，其中该设备适合被连接到一个直流电源。
4.按照在先的各权利要求的任何一个的设备，其中功率调整装置包括一个开关模式电源单元，该单元抗操作地减小由电源施加到接口电路上的电压。
5.按照在先的各权利要求的任何一个的设备，其中接口电路安装在安装在机架上的单个的电路板上。
6.按照权利要求5的设备，其中该电路板是多个这样的电路板中的一个，和该调整装置是多个这样的装置中的一个，每个这样的装置与相应的一个或多个电路板相连接。
7.一种具有按照在先的各个权利要求的任何一个的电源设备的电话交换机，该交换机沿相应的线路连接到远端设置的各个电话和到一个直流电源。
8.按照权利要求7的交换机，其中电源设备具有多个电路板，每个具有相应的一组接口电路和连接到每个电路板上的各电路的所有的线路的长度处于多个不同范围的相应一个范围中。
9.基本上参照和说明在附图1到5所描述的设备。
10.基本上参照和说明在附图7所描述的交换机。
全文摘要
一种电源具有多个单一的线路接口电路(20、22、24和26),每个由相应线路连接到相应的电话(4、6、8和10)或其他电信装置。每个SLIC施加从一个电池得到的足够的电压到线路上,操作相应的电话,和耗散任何由电池馈送的多余的功率。该设备包括公共功率调整装置(30),该装置包含一个开关模式电源单元(68),和该装置在任何时间监视由SLIC施加的电压和减小施加到SLIC上电压到基本上由任何一个SLIC所要求的最大电压,因此降低了由SLIC耗散的功率量。
文档编号H04M19/00GK1192311SQ96195978
公开日1998年9月2日 申请日期1996年7月31日 优先权日1995年8月4日
发明者S·C·菲利普斯 申请人:诺基亚电信股份公司