Brevet FR2462070A1 — publié le 19810206

L'invention concerne l'alimentation d'un poste d'abonné à travers un transformateur d'isolement galvanique. Les dispositifs d'alimentation des postes d'abonnés possédant un transformateur pour réaliser l'isolement galvanique présentent en général trois inconvénients majeurs: le courant continu traversant un pont constitué par les demi-enroulements secondaires reliés au poste d'abonné par la ligne d'abonné, il est donc nécessaire soit de dimensionner le transformateur en fonction de ce courant continu, ce qui conduit à un encombrement très important, soit de compenser ce courant continu à l'aide d'un enroulement supplémentaire, ce qui conduit à des montages relativement sophistiqués et à une consommation supplémentaire; un condensateur entre les demi enroulements secondaires est nécessaire pour découpler le pont d'alimentation continue; du fait de la présence de ce condensateur et de la valeur de l'inductance du transformateur ( inférieure à 1 henry en général) l'affaiblissement des basses fréquences de la bande téléphonique n'est pas négligeable (entre 0,5 et 1dB à 300 Hz). L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients. L'invention a pour objet un dispositif d'alimentation comportant un transformateur d'isolement galvanique ayant un enroulement primaire et un enroulement secondaire constitué par deux demi-enroulements secondaires, chaque demi-enroulement secondaire étant en série avec une résistance et constituant respectivement un premier et un second circuit, le premier circuit étant relié à une polarité d'une source de courant continu et à un fil d'une ligne d'abonné et le second circuit étant relié à une autre polarité de ladite source de courant continu et à un autre fil de la ligne d'abonné, le dispositif d'alimentation comportant en outre un dispositif de réception et d'adaptation d'impédance comprenant un circuit de mesure, un circuit de réception et un circuit de réglage d'impédance, ledit circuit de mesure étant relié en entrée aux bornes de la résistance de chacun desdits premier et second circuits, le circuit de réception ayant une entrée reliée à une borne de réception et une autre entrée reliée à la sortie du circuit de mesure par le circuit de réglage d'impédance, la sortie dudit circuit de réception étant reliée à l'enroulement primaire dudit transformateur. L'invention va être décrite à l'aide d'exemples de réalisation illustrés par les figures annexées dans lesquelles: - la figure 1 est un schéma d'un dispositif d'alimentation selon l'invention, - la figure 2 représente un exemple de réalisation d'un dispositif d'alimenta- tion conforme à la figure 1. La figure 1 représente un schéma d'un dispositif d'alimentation objet de l'invention. Dans cette figure T est un transormateur, 1 un dispositif de réception et d'adaptation d'impédance, 12 un dispositif d'émission, 35 2 2462070 un circuit de détection de boucle, 5 une résistance de valeur R reliée à une borne 3, et 2 un poste d'abonné relié par une ligne d'abonné L à la borne 3; l'impédance de la ligne d'abonné L et du poste d'abonné 2, vue de la borne 3 est représentée par une résistance 13 de valeur Ro. Le dispositif de réception et d'adaptation d'impédance 1 comprend un circuit de mesure 4, un circuit de réglage d'impédance 6 et un circuit de réception 7. Le dispositif d'émission 12 comprend un circuit d'émission 9 et un circuit d'équilibrage 8. Le transformateur T a un enroulement primaire P dont une extrémité est reliée à la masse et une autre extrémité est reliée à la sortie du circuit de réception 7, et un enroulement secondaire E dont une extrémité est reliée à la résistance 5 et une autre extrémité est reliée à la masse à travers une source de courant continu S; on supposera, dans cette figure, que le rapport de transformation du transformateur T est égal à 1. Le circuit de mesure 4 est relié en entrée aux bornes de la résistance 5, et sa sortie est reliée à une entrée du circuit de réception 7 par le circuit de réglage d'impédance 6. Une autre entrée du circuit de réception est reliée à une borne de réception 10. La sortie du circuit de mesure 4 est également reliée à une entrée du circuit d'émission 9 dont la sortie est reliée à une borne d'émission 11; le circuit d'équilibrage 8 est relié en entrée à la borne de réception 10 et en sortie à une autre entrée du circuit d'émission 9. On désignera par VL la tension à la borne 3, par I le courant dans la résistance 5, par VS la tension en sortie du circuit de réception 7, par V la tension I à la sortie du circuit de mesure 4, par VR la tension à la borne de réception 10, par Va la tension au poste d'abonné à l'émission, et par VE la tension à la borne d'émission 11. Le circuit de détection de boucle 12 est relié à la sortie du circuit de mesure 4. La tension V en sortie du circuit de mesure 4 est V = RI. Le circuit de réglage d'impédance 6 délivre en sortie une tension Ki RI, le circuit d'équilibrage 8 délivre en sortie une tension K2 VR. Les circuits de réception et d'émission sont des additionneurs qui effectuent la somme des signaux qui leurs sont appliqués; la tension de sortie des circuits de réception 7 est VS = VR + K1.RI; la tension en sortie du circuit d'émission 9 est VE = VR + K2.RI. Pour que le dispositif d'alimentation soit adapté à la ligne L et au poste d'abonné 2, il faut que son impédance d'entrée soit V- = Ro, pour VL-.VS VL-Kl.RI VR = o. Le courant I est égal à I R R pour que l'impédance d'entrée soit égale à Ro, il faut que: KI = Ro-R R (1) 3 2462070 - A l'émission, la tension VE délivrée par le circuit d'émission 9, pour VR =o, est VE = RI. On a VL = Va - RoI = RoI, lorsque l'impédance d'entrée est égale à Ro, d'o Va = 2 Ro I. Il vient alors R. Va VE = 2 Ro d'o 2 VE - R (2) Va - Ro - A la réception on a, pour Va = o Ro Ro [o VL RRo = R+Ro VR+ (Ro-R) R + Ro ' R + Bo VL'- et I = - Ro Ro on en déduit: 2 VL =1 (3) VR Ce résultat montre qu'à la réception le dispositif d'alimentation se comporte comme un générateur de force électromotrice VR et d'impédance de sortie Ro. - L'équilibrage du dispositif d'alimentation consiste à avoir VE: o lors- que Va = o, c'est à dire en l'absence d'émission. Pour cela il faut que VR K2. VR + RI = o. De l'équation (3) on déduit que VL = -, le courant à la réception étant I VL. Il vient alors K2.VR R = Ro 2 Ro d'o: K2 - R (4) 2 Ro Les résultats précédents montrent que, sous réserve que les conditions données par les équations (1) et (4) soient remplies et que VS = VR + K1 RI, quelle que soit la fréquence: - l'impédance, d'entrée est égale à Ro, - dans le sens émission le gain est égal à R Bo' - dans le sens réception le gain est égal à 1, - l'équilibrage est parfaitement réalisé pour une impédance de ligne Ro. Enfin, dans la mesure ou le circuit de mesure 4 passe le courant continu, il est possible d'utiliser sa tension de sortie V = RI pour effectuer la détection de boucle (signalisation de décrochage et de raccrochage du poste d'abonné). 4 2462070 La figure 2 montre un exemple de réalisation d'un dispositif d'alimentation conforme au schéma de la figure 1. Deux bornes A et B sont reliées au poste d'abonné par la ligne d'abonné. La borne A est reliée à la polarité positive d'une source continue S,à travers une résistance 14 et un demi-enroulement secondaire El; la borne B est reliée à la polarité négative de la source continue à travers une résistance 15 et un demienroulement secondaire E2 les résistances 14 et 15 ont même valeur R/2, R désignant la valeur de la résistance 5, de la figure 1. La borne A est reliée à un point commun à la résistance 15 et au demi-enroulement E2 par deux résistances 16 et 17 en série dont le point commun est relié à une entrée négative d'un amplifica- teur opérationnel 18; la borne B est reliée à un point commun à la résistance 14 et au demi-enroulement El par deux résistances 19, 20 en série dont le point commun est relié à une entrée positive de l'amplificateur opérationnel 18. On notera que les quatre résistances 16, 17, 19, 20 sont identiques et ont même valeur Rl. La sortie de l'amplificateur opérationnel 18 est reliée par une résistance 21 à son entrée négative; l'entrée positive de l'amplifi- cateur opérationnel 18 est reliée à la masse par une résistance 22, identique à celle reliant la sortie à l'entrée négative, les résistances 21 et 22 ayant chacune une valeur R2. La sortie de l'amplificateur opérationnel 18 est reliée, à travers un condensateur Cl, d'une part, à travers une résistance 23 de valeur R3 à une entrée négative d'un amplificateur opérationnel 24, et d'autre part, à travers une résistance 25 de valeur R7 à une entrée négative d'un amplificateur opérationnel 26. La borne de réception 10 est reliée, d'une part à l'entrée négative de l'amplificateur opérationnel 24 par une résistance 27 de valeur R5 et d'autre part à l'entrée négative de l'amplifi- cateur opérationnel 26 par une résistance 28 de valeur R6. L'entrée positive de chacun des amplificateurs opérationnels 24 et 26 est reliée à la masse. La sortie de l'amplificateur opérationnel 24 est reliée d'une part à son entrée négative par une résistance 29 de valeur R4 et d'autre part à la masse par un enroulement primaire P. L'enroulement primaire P et les demi- enroulements secondaires El et E2 sont ceux du transformateur T dont le rapport entre le nombre de spires du secondaire, constitué par les demi- enroulements secondaires El et E2, et le nombre de spires du primaire P est -.En désignant par V2 la tension aux bornes du secondaire, chaque n demi-enroulement secondaire El, E2 a une tension V2/2 = VS/2n à ses bornes. L'amplificateur opérationnel 26 a sa sortie reliée d'une part à la borne d'émission 11 et d'autre part à son entrée négative par une résistance 30 de valeur R8. Le circuit de détection de boucle 35 comporte un amplificateur opération-- nel 31 dont l'entrée positive est reliée d'une part à la masse par un conden- sateur C2 et d'autre part à la sortie de l'amplificateur opérationnel 18 par une résistance 32 de valeur R9. L'entrée négative de l'amplificateur opérationnel 31 est reliée d'une part à la masse par une résistance 33 de valeur R 11, et d'autre part à une tension + U par une résistance 34 de valeur B10. Les quatre amplificateurs opérationnels 18, 24, 26, 31 sont alimentés par des tensions + U et -U. - Le circuit de mesure 4 de la figure 1 est constitué par les quatre résis- tances 16, 17, 19, 20, les deux résistances 21, 22 et l'amplificateur opéra- tionnel 18. - Le circuit de réception 7 de la figure 1 est constitué par les résistances 27 et 29 et l'amplificateur opérationnel 24. - Le circuit d'émission 9 de la figure 1 est constitué par les résistances 25 et 30 et l'amplificateur opérationnel 26. - Le circuit de réglage d'impédance 6 de la figure 1 est constitué par la résistance 23. - Le circuit d'équilibrage 8 de la figure 1 est constitué par la résistance 28. La tension Vl en sortie de l'amplificateur opérationnel 18 est: 1vi 1 = IRi R2 2R1 (5) I étant le courant qui circule dans les résistances 14 et 15, ces résistances ayant chacune la valeur R/2. La précision du seuil de détection de boucle, par le circuit de détection de boucle 35, dépend de la précision des résistances 16, 17, 19, 20, 21 et 22. Le réseau 32, C2 filtre la composante alternative de la tension Vl. En désignant par Is le courant de seuil que l'on peut détecter on a: RIs 2R1 U RlR R10 + Rll soit: Is= U 2R1 fil R * R2 R10 + R11 (6) - La tension en sortie du circuit de réception 7 est VS; la bornes de chaque demi-enroulement secondaire El, E2 est donc tension aux VS 2n,et 6 2462070 la tension V2 aux bornes de l'enroulement secondaire est la somme des tensions aux bornes des demi-enroulements secondaires; on a donc: V2 = n 1 (VR R4 + V R4) n R5 v (7) Le courant I est égal à: = VL - V2 I: =R pour VR = o. On veut que l'impédance d' = VL VL Ro R avec V1 = RI.R2 = 2R1 entrée soit égale à Ro, donc: V1 R4 n R R3 R VL R2 Ro ' 2R1 il vient: 1 1 1 1 Ro: R - Ro ' n R2 R4 2R1 ' R3 d'o: R3 = R2.R R. R n 2R1 Ro- R (8) La résistance 23, de valeur R3, permet de régler l'impédance d'entrée à la valeur de l'impédance de chacun des postes d'abonnés. - A la réception on a, pour Va = o Re VL = Ro.V2 et R + Ro V2 étant donné par l'équation (7) On en déduit: 2 VL 1 R4 VR -n R5 I = - VL Ro (9) 7 24620?0 Cette équation 9 est à comparer à l'équation (3); la résistance 27, de valeur R5, permet de régler le gain dans le sens réception, donc d'avoir un gain supérieur à 1. - A l'émission, donc pour VR = o, la tension délivrée par l'amplificateur R8 opérationnel 15 est VE = V1. R8 R7 R2 R8 soit VE = RI. R2. R8 ER1 R7 L'impédance d'entrée étant égale à Ro, et Va étant la tension en sortie du poste d'abonné on a Va = 2RoI. On en déduit 2VE R (R8 R2 (10) Va = o R7 ( 2R1 Cette équation est à comparer à l'équation (2); la résistance 25, de valeur R7, permet de régler le gain dans le sens émission, et d'avoir un gain supérieur à R Ro* - La condition d'équilibrage, c'est-à-dire VE = o pour Va = o, se traduit par R8 R8 R2 R8 VR R = 1. R - RI. 1 R VL Lorsque Va = o on a I = - RL, puisqu'en réception le dispositif d'alimen- tation débite sur la ligne reliée aux bornes A et B, l'impédance vue des bornes A et B étant Ro. On a donc, compte tenu de l'équation (9), 1 R 1 R4 R2 1 R6- +Ro' 4n' R 5 R7 Ro R1. R5 soit R6 = 4n. R7. R R4. R2 (11) La résistance 28, de valeur R6, permet donc de régler le circuit d'émission pour obtenir VE =o lorsque Va = o. On va indiquer à présent comment caleuler le transformateur T. Soit V2 max la tension de sortie maximum du transformateur, et i max le courant maximum que peut fournir l'amplificateur opérationnel 24; soit L2 l'inductance de l'enroulement secondaire (qui comprend les deux demienroulements secondaires E1 et E2) du transformateur T parcouru par le courant continu, et F min la plus basse fréquence à transmettre. La tension de sortie de l'amplificateur opérationnel 24 étant VS et en supposant que la résistance de l'enroulement primaireP est faible on a pratiquement i = LS), i étant le courant Ll W4 8 2462070 de sortie de l'amplificateur opérationnel et Ll l'inductance de l'enrou- lement primaire. Avec le courant de sortie i max et la tension de sortie VS max correspondante on en déduit l'inductance Ll min correspondant à la fréquence basse F min. Ll min = VS max Llmin= 2-. F min. imax l'inductance secondaire correspondante est, n étant le rapport de transformation primaire/secondaire: L2 min = VS max n2. 2 1 soit:L2 min = V2 max n. 2 I1'. F min. i max L2 min. est l'inductance secondaire correspondant à la fréquence basse F min à transmettre; elle est inversement proportionnelle au rapport de transfor- mation n: on devra donc choisir n le plus grand possible pour avoir l'induc- tance L2 min. la plus faible possible; le transformateur est donc un trans- formateur abaisseur. Avec V2 max = 2 volts i max = 10 milliampères F min = 300 Hz et en prenant n = 4 on obtient L2 min = 26,5 millihenrys Cette valeur est à comparer avec celle des inductances actuellement utilisées, de l'ordre de 600 millihenrys, soit un rapport de l'ordre 5 entre les ampères tours du courant continu. Dans la figure 2, le condensateur Cl élimine la composante continue dans le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel 18, et les constantes de temps R3. Ci et R7. Cl sont choisies suffisamment grandes pour ne pas entraîner de réduction de la bande passante. Le dispositif d'alimentation de l'invention permet donc d'alimenter un poste d'abonné sans condensateur de découplage en ligne et avec un trans- formateur dont le nombre de spires de l'enroulement parcouru par le courant continu est diminué dans un rapport important, de l'ordre de 5, par rapport aux dispositifs actuellement utilisés; son encombrement est donc réduit. Le dispositif d'alimentation de l'invention présente également, par rapport aux dispositifs connus, les avantages suivants: bande passante 9 2462070 sans ondulation, en particulier aux fréquences basses; dans le sens émission et dans le sens réception: impédance d'entrée constante dans toute la bande et ne présentant pas de termes imaginaires. De plus le dispositif d'alimentation réalise directement le passage 2 5. fils 4 fils, et permet d'effectuer simplement la détection de boucle. 2462070 REVENDICATIONS 1/ Dispositif d'alimentation d'un poste d'abonné comportant un transformateur d'isolement galvanique ayant un enroulement primaire et un enroulement secondaire constitué par deux demi-enroulements secondaires (El, E2), chaque demi-enroulement secondaire étant en série avec une résistance (14, 15) et constituant respectivement un premier et un second circuit, le premier circuit étant relié à une polarité d'une source de courant continue et à un fil d'une ligne d'abonné, et le second circuit étant relié à une autre polarité de ladite source de courant continue et à un autre fil de la ligne d'abonné, caractérisé par le fait qu'il comporte un dispositif de réception et d'adaptation d'impédance comprenant un circuit de mesure (4), un circuit de réception (7) et un circuit de réglage d'impédance (8), ledit circuit de mesure étant relié en entrée aux bornes de la résistance de chacun desdits premier et second circuits, le circuit de réception ayant une entrée reliée à une borne de réception (10) et une autre entrée reliée à la sortie du circuit de mesure par le circuit de réglage d'impédance, la sortie dudit circuit de réception étant reliée à l'enroulement primaire dudit transformateur. 2/ Dispositif d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend un dispositif d'émission comportant un circuit d'émission (9) et circuit d'équilibrage (8), ledit circuit d'émission ayant une entrée reliée à la sortie du circuit de mesure et une autre entrée reliée à la borne de réception par ledit circuit d'équilibrage, la sortie dudit circuit d'émission étant reliée à une borne d'émission (11). 3/ Dispositif d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le circuit de réception (7) comprend un amplificateur opérationnel (24) ayant une entrée positive reliée à la masse, une entrée négative reliée d'une part à la borne de réception (10) par une résistance (27) et d'autre part à la sortie de l'amplificateur par une autre résistance (29), la sortie de l'amplificateur étant relié à l'enroulement primaire du transformateur, et que le circuit de réglage d'impédance (6) est constitué par une résis- tance (23) reliée d'une part à la sortie du circuit de mesure et d'autre part à ladite entrée négative. 4/ Dispositif d'alimentation selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le circuit d'émission (9) comprend un amplificateur opérationnel (26) ayant une entrée positive reliée à la masse, une entrée négative reliée d'une part à la sortie du circuit de mesure par une résistance (25) et d'autre part à la sortie de l'amplificateur opérationnel par une résistance (30), la sortie de l'amplificateur étant reliée à la borne d'émission (11), et que le circuit d'équilibrage (8) est constitué par une résistance (28) reliée il 2462070 d'une part à ladite entrée négative et d'autre part à la borne de réception (10). / Dispositif d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la sortie du circuit de mesure est reliée à un circuit de détection de boucle (35). 6/ Dispositif d'alimentation selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le circuit de détection de boucle (35) comprend un amplificateur opérationnel (31), ayant une entrée positive reliée d'une part à la masse par un condensateur (C2) et d'autre part à la sortie du circuit de mesure par une première résistance (32), une entrée négative reliée d'une part à la masse par une seconde résistance (33) et d'autre part à une tension continue d'alimentation (+U) par une troisième résistance (34).