CN1011110B - 由极性变换标明紧急状态时的紧急直流供电 - Google Patents

Abstract

本发明所涉及的直流电源，主要用于在综合服务数字电话网络中，从远距离终端向用户数字终端进行供电，它的构成为：一个主要直流电源(10)，此电源带有保护装置(11)，在通过终端的电压缺损时，其输出呈现高阻抗状态；一个并联的辅助直流电源(20)，与主电源(10)并联联接且极性相反，它带有电流限制装置(20)，当主电源要在该装置上加上附加电流时，该装置就被触发。

Description

本发明涉及直流电源装置，该装置由一个主电源和一个辅助电源组成：主电源用于在正常运行情况下发送直流电;而辅助电源的功率比主电源的功率小，用于在故障情况下取代主电源;并同时变换电源装置的极性，以标明出现紧急状态;此外，为了把负载降到必不可少的最低限度，使各个部件以不同的方式与电源联接。对于在电源出故障时不必供电的部件，采用二极管联接，这样，因为电源极性的反转造成二极管反向电压增大而使该部件与电源断开;对于在任何情况下需要供电的部件，采用二极管桥式电路与电源联接，因为桥式电路不受电源极性逆转的影响。

上面提到的这种电源用于综合服务的数字网中，特别是在远程通信的情况下使用，在这种数字网中，用户可以利用终端来获得多种多样的远程通信服务。但是，这些终端耗电太大以致于不能象传统的电话系统那样通过本地切换而向远程供电。然而当向本地的数字终端供电的主电源发生故障时，必须能保证起码的电话服务能力。

本发明的目的是为上述情况提供紧急直流供电。它的两个电源即使在地理位置上相隔，也可以正常工作，而不需要在两个电源之间有特殊的信号联接，从而把紧急供电装置集成为一个数字网络存取点，并不需为两个电源之间提供信号联接的特殊电缆。

本发明提供了一个带有通过极性变换标明处于紧急状态的紧急直流供电装置。该装置包括一个主要直流电源，此电源带有保护装置， 在通过终端的电压缺损时，输出呈现高阻抗状态;还包括一个并联的辅助直流电源，极性与主电源相反，它带有电流限制装置，当主电源要在其上产生附加电流时，该装置就被触发。

在正常工作中，主电源为负载提供电流和极性，辅助电源由于有电流限制装置在工作，从主电源分很小一部分电流。

在紧急或后援操作情况下，也就是当主电源不供电时，辅助电源在负载上提供相反的极性，而主电源由于本身保护装置的作用，使输出口保持一个高阻抗状态，从而只从辅助电源分很小一部分电流。

在最佳实施方案中，保护主电源的装置同时也作为一个电流限制装置;而辅助电源的电流限制装置也同时作为保护装置，它们联系着有相同结构但有不同电流限制值的两个电源。

主电源和辅电源都分别用单向的二极管与它们的终端串联的办法来防止反向电流的流通。

本发明的实施方案通过带有参考图的例子来说明，其中：

图1是综合服务数字电话网的方框图;

图2是按本项发明给出的紧急供电电路图，它与综合服务数字网络通道上S或T型接口所需的两个双线模型电路相连接;

图3是图2在正常供电情况下的电压-电流特性曲线。

为一个用户构造一个如何使用综合服务数字电话网的基本途径T₀，其依据是CCITT对于S或T型接口的建议I，采用两个双线链路，每个传输方向一个，每个链路带有两个传输速率为64K位/秒的B型通道和一个传输速率为16K位/秒的低速的或电传信号用的D型通道。

以用户的使用为前提，上述的两个双线链路被接在一个数字终端 上。该终端为组合链的一个终点，组合链中包括U型接口电话线路，该电话线把用户和地方交换台联系起来。这个组合链通常表示为图1中职能框的继续。在该地区交换台CLE，它开始于一个开关网络终端ET，是用来完成停止开关网络功能的，联结线终端LT用以终止数字线。电话线的另一端或用户端，有一个远距离终端NT，它至少由一个NT1装置构成，作为数字线的终结;还可进一步加上NT2装置，作为描述型网络的终结，NT2通过S或T型接口与用户数字终端相联。

远程终端NT的NT1部分从线路终端装置LT通过电话线供电。根据CCITT建议I的430，它通过S或T型接口所有的两个双线连接的仿真电路，依次对用户数字终端进行远程供电。这种供电来自某一相应的电源，例如主线路，它必须能够在正常条件下提供4W功率，并且在由极性转换指示出的紧急情况下（无主线时），提供最低限度的420mW，极性转换用来限制在紧急情况下对数字终端TE的远程供电，例如，对一个加急电话的供电。

通常，用户数字终端TE通过远程终端NT供电，NT利用一个主电源和一个辅助电源进行供电，而辅助电源由经过电话线路（U型接口）的线路终端LT和终结装置NT1供电。主电源和辅助电源，通常通过由检测主线路是否掉电的线路采用反相方式控制的二个可控开关电路，联接到位于S或T型接口的两个双线线路的之上的仿真电路。主线路用于为主供电电源提供功率。

这种常规的方法会因为存在的弊端而受损，因为主电源必须安置在最邻近远程终端NT的NT1部分。除非放置一个特殊信号线路，以用于检测从主电源到可控开关电路的主线路是否需要切换，而这个 可控开关电路控制位于NT1装置处的辅助电源的接通。

图2中的直流供电电路避免了这种弊端。它包括两个电位浮动的电源：主电源10和辅助电源20。它们在地理位置上可以相分开，因为它们只在一点上是共同的，即共同的负载。两个电源都装有限流保护装置11和21，它们的结构相同并且都串连在保护电源的负极上。保护装置采用争用连接，即并联，且由经S或T型接口的两个双线连接30和40的仿真电路相反连接。

两个单向二极管17和27，串接在电流限制和保护装置11和21上，以保护电源10和20不受负载中电流方向可能变化的影响响。

电流限制和保护装置11，21和它们的电源10，20的负极串接，并且由保护电源经稳压二极管进行加压，稳压二极管12，22与电阻18，28串接后连接上述电源的另一端。保护装置还包括可调阻抗的镇流电阻器13，23和一个电流测量电阻14，24，串连连接于保护电源10，20输送的供电电路的回路上。在本具体实施方案中，镇流电阻电路13，23是由N型Mos三极管构成的，它作为一个开关，由一个单稳态电路15，25控制，而单稳态电路15，25分别通过临界比较器装置16，26控制触发。临界比较装置16，26对于电流测量电阻14，24两端的电压变动是很敏感的。

在稳定状态，当保护电源10，20有一个输出电压时，单稳态电路15，25传输足够高的电压到镇流Mos三极管13，23的调制极使它达到饱和状态。否则，可能由于单稳态电路在稳定状态，而保护电源10，20却失效而无供电，还可能因为有临界比较装置16，26使单稳态电路被触发，临界比较装置是由于电流测量电阻14， 24两端电压超值而控制单稳态电路触发的，单稳态电路通过使调制极的电位接近电源极的电位而使得镇流Mos三极管关闭。

电流限制和保护装置11，22因此而具有三种工作方式：

正常方式，这时它们不起作用，保护电源10，20在低于限制值的情况下输送电流，当电流超过临界比较器16，26的临界值，可引起单稳态电路15，25被触发。

过载方式，这种方式是由于负载的保护电源10，20取出的电流大于临界比较器16，26所设置的限定值而引起的。当开始这种方式的操作时，临界比较器16，26对单稳态电路15，25进行触发，从而在将保护电源与负载断开这段期间T₁关闭镇流三极管13，23。当经过T₁这段期间之后，单稳态电路15，25恢复稳定状态，同时镇流三极管13，23重又处于饱和状态，从而将保护电源与负载重新连接起来;如果引起过流的原因没有消除，这时就可能再次引起单稳态电路15，25被触发。在过载方式下，由保护电源向负载提供的平均电流减小了，减小的程度是由单稳态电路15，25的触发维持时间周期T1与其最小稳定时间周期t1的比决定的。这个比值应该选择得足够大，以保证平均电流比保护电源10，20的容量小。

无源方式。保护电源10，20不再提供电压，例如出现主线路故障的情况。在这种方式下，镇流三极管13，23保持关断，从而使保护电源10，20的出口呈高阻抗状态，以避免负载短路。

对电流限制和保护装置11，21临界比较器16和26的限定值进行设置，以得到主电源10的电流限定值I_M明显大于辅助电源20的电流限定值Im，即I_M比I_m大十倍。这样，在主电源10 和辅助电源20（两个电源都在浮动）都在工作，并通过双线连接30，40仿真电路并联联接时，每个电源都处在增加另一个电源过载电流的情况，这一状况由首先触发的电流限制和保护装置21予以打断，从而断开辅助电源20，以便主电源10将其极性加到负载上。

在主电源10发生故障的情况下，例如主线路出现故障，不再供电时，主电源10的电流限制和保护电路11也不再被供电，从而关断三极管13，同时，辅助电源20的电流限制和保护装置21同步释放，使辅助电源20起替代作用，这时负载两端同时变换极性。

当主电源10重新恢复时，两个电源重又并联，并重又相互导致对方过载，直到电流限制和保护线路21中断这一过载电流，并断开辅助电源20。

在主电源10和辅助电源20同时出现故障的情况下，两个电流限制和保护装置11和21都不再被供电，从而使两个电源10和20都呈现高阻抗状态。

图3为上述电源在正常工作方式，即主电源10进行工作时的电压-电流特性，这时该电源两端的电压相应于双线连线40和30之间的电位差（即图2中点A和B或点D和C之间的电位差）。

这一特性曲线有四个明显不同的工作区域;

第一个工作区是负载两端电压高于主电源空载电压V₀的区域。这是强制正向过压状态，在这种状态中，负载的作用就好象是一个与主电源10具有相同极性而幅值更大的电压源。这时负载试图强加一个反向电流通过主电源10，但这一反向电流被阻断，由单向二极管17予以阻断，同时触发或不断触发辅助电源20的电流限制和保护装置21。

第二个工作区直接位于主电源的空载电压V₀之下，这一状况对应于正常供电情况，电源输送的电流值在零到限定值I_M之间变化，取决于负载的需要，当电流超过I_M时，就触发电流限制和保护装置11。

第三个工作区一直延续到零电位，相应于主电源10处于过渡状态，这一状态是由于负载试图获取大于限定值I_M的电流而引起的，这一试图使主电源10的电流限制和保护装置被触发。这一过渡状态输出一个小电流，并随过载电流原因排除而结束。

第四个工作区中，负载两端的电压极性与主电源处于正常工作状态所提供的电压极性相反。这一状况相应于强制反向过压的情况，在这种情况下，负载在主电源10上强加一个过大的电流，从而触发其电流限制和保护装置11，而负载试图加在辅助电源20上的反向电流由止逆二极管27予以阻断。一般来说，这是一种超短路现象，其电压不再是零，而是强制在零值以下，极性与主电源相反。在与主电源10具有相反极性且较大电流容量的一个直流电源做为一个负载与主电源10进行连接时，就会出现这种情况，由于电流限制和保护装置11将电流限制在一个极小的数值内，从而使电源处于没有热耗的稳定状态。

在主电源10不处于正常工作状态时，由辅助电源20起替代作用作为电源供电，其电压-电流特性曲线与上述曲线在形状上互相类似，并可以根据上述特性曲线进行推导，需要进行变动的地方是：变换电压极性;由辅助电源20所用的较小的限定值I_m来取代电流限定值I_M;在空载电压有所区别时，用辅助电源20相应的空载电压V₀来取代主电源10的空载电压V。

不用超出本发明的范围，就可以对各种配置进行修改，并可以用 等效装置来对各种装置进行替换。尤其是，在电流限制和保护装置中，为了实现电流限制的目的，可以不用对镇流三极管进行开通和关断，而是根据作用在镇流三极管上的临界比较器对镇流三极管进行调整，使得用电流来测量的电阻两端的电压到达一个限定值，该电压限定值与所选定的电流限定值相对应。

Claims (9)

1、一种紧急直流供电电源，包括：一个带有保护装置的主直流电源，在通过终端的电压缺损时，其输出呈现高阻抗状态，一个并联的辅助直流电源，其特征在于所述紧急直流供电电源通过极性变换标明紧急状态，所述辅助电源的极性与主电源相反，它带有电流限制装置，当主电源要在该装置上加上附加电流时，该装置就被触发。

2、如权利要求1所述电源，其中主电源的保护装置具备电流限制装置。

3、如权利要求1所述电源，其中辅助电源的电流限制装置，具有在其终端电压缺损时，使上述辅助电源的输出呈现高阻抗状态的装置。

4、如权利要求1所述电源，其中主电源和辅助电源各自都具有相应的单向二极管，以防止反向电流流过。

5、如权利要求1所述电源，其中主电源的保护装置串联联接在主电源的两端之间，并由主电源两端之间的电压进行供电;当掉电时，该装置呈现高阻抗状态。

6、如权利要求5所述电源，其中对主电源的保护装置进行供电的电压，是由上述主电源提供的，而该保护装置经由稳压二极管和电阻串连到上述主电源两端。

7、如权利要求1所述电源，其中辅助电源的电流限制装置包括一个可调电阻的镇流电路，一个串联联接在辅助电源电流通路中的用电流来度量的电阻，以及一个根据电流度量电阻的两端电压对镇流电路进行控制的控制装置。

8、如权利要求7所述电源，其中上述镇流电路由可以开通或关断的一个三极管构成，其中用于控制镇流电路的上述控制装置包括一个单稳态电路，该电路由临界比较器进行触发，临界比较器对于电流测量电阻两端的电压变动是很敏感的。

9、如权利要求1所述电源，其中辅助电源的电流限制装置由辅助电源两端的电压进行供电，并当掉电时呈现高阻抗状态。

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