УСТРОЙСТВО ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ АБОНЕНТСКИМ ШЛЮЗОМ

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к устройствам для уменьшения потребления электроэнергии абонентским шлюзом и может быть использовано при установке в помещении пользователя абонентского шлюза для доступа к услуге фиксированной телефонной связи.
При переходе к архитектуре сетей следующего поколения (NGN) [Росляков А.В. Сети следующего поколения NGN. - М.: Эко-Трендз, 2008. - 424 с] в помещении абонента устанавливается абонентский шлюз, посредством которого предоставляются услуги NGN, в том числе услуги фиксированной телефонной связи [Шалагинов А.В., Что такое конвергентная сеть и как к ней перейти?, «Сети и системы связи», 2007, №14], [Горнак А.М., Системы широкополосного доступа для NGN, «Сети и системы связи», 2006, №4].
Под абонентским шлюзом понимается широкий спектр оборудования, устанавливаемого в помещении пользователя, для которого в литературе используются следующие термины - интегрированные устройства доступа (IAD - Integrated Access Device), домашние шлюзы (home gateway) или медиашлюзы абонентского доступа и т.д. К абонентскому шлюзу подключается стандартный аналоговый телефонный аппарат (интерфейс FXS/FXO). Абонентский шлюз является активным элементом и требует подключения к нему источника электропитания, как правило =12 V. Для обеспечения электропитания от сети используются адаптеры ~220 V/=12 V. При пропадании напряжения в сети электропитания шлюз перестает функционировать, абонент не имеет доступа к услуге фиксированной телефонной связи. На настоящий момент электропитание телефонных аппаратов осуществляется от телефонной станции, и абонент имеет доступ к услуге телефонной связи независимо от наличия напряжения в сети электропитания в его помещении.
В соответствии со статьей 52 Федерального закона от 07.07.2003 №126-ФЗ (ред. от 29.04.2008) "О связи" (принят ГД ФС РФ 18.06.2003) оператор обязан обеспечить возможность круглосуточного вызова экстренных оперативных служб (пожарной охраны, милиции, скорой медицинской помощи, аварийной газовой службы и других служб, полный перечень которых определяется Правительством Российской Федерации), в том числе при пропадании электропитания.
Проблема сохранения работоспособности оборудования при пропадании электропитания в помещении частного пользователя стандартным способом решается при помощи установки источника бесперебойного питания (ИБП). Проведенная оценка показывает, что при потребляемой мощности абонентского шлюза 10 Вт для удержания его в работоспособном состоянии в течение суток аккумуляторная батарея должна иметь емкость не менее 20 А*час (для примера, автомобильный аккумулятор легкового автомобиля имеет емкость около 55 А*час). Это существенно увеличивает стоимость абонентского комплекта, его размеры и предполагает более сложную процедуру обслуживания, а в ряде случаев является неприемлемым.
Основой стандартного технического решения с использованием ИБП является то, что для ИБП характерны два основных режима работы: нормальный - когда нагрузка (в данном случае - абонентский шлюз) питается за счет энергии электросети, а аккумуляторные батареи находятся в режиме подзарядки, и аварийный (автономный), при котором нагрузка питается за счет накопленной энергии. Для накопления энергии и автономного (резервного) электропитания используются химические источники тока многоразового действия - аккумуляторные батареи. Переход из основного режима в автономный осуществляется по единственному критерию - наличию или отсутствию напряжения в сети электропитания в помещении абонента. При этом в автономном режиме расход ресурса аккумуляторной батареи идет на поддержание работоспособности нагрузки (абонентского шлюза).
Известна система бесперебойного электропитания компьютера, содержащая основной источник питания, включающий выпрямитель, к выходу которого подключен емкостной накопитель энергии постоянного тока, и регулируемый высокочастотный вольтдобавочный конвертор, соединенный с выходом выпрямителя, а так же дополнительно содержит схему ИЛИ и резервный источник питания, включающий низковольтный аккумулятор, подключенный к сети переменного тока через зарядное устройство, и повышающий конвертор, вход которого соединен с выходом аккумулятора, при этом выход регулируемого высокочастотного вольтдобавочного конвертора основного источника питания соединен с одним из входов схемы ИЛИ, ко второму входу которой подключен выход повышающего конвертора резервного источника питания, а выход схемы ИЛИ соединен с входом сетевого блока питания компьютера (см. Свидетельство на полезную модель RU №56086 U1, кл. H02J 9/06, опубл. 27.08.2006).
Недостатком известного устройства является неэффективность расхода ресурса аккумуляторной батареи при отсутствии напряжения в сети электропитания вследствие того, что осуществляется поддержка полной работоспособности абонентского шлюза, а, следовательно, и максимальный расход ресурса аккумуляторной батареи независимо от того, пользуется или нет абонент телефоном, подключенным к абонентскому шлюзу.
По технической сущности наиболее близким к предлагаемому техническому решению является схема регулирования электропитания монитора для вычислительной системы, содержащая средство для восприятия температуры пользователя монитором, средство для распознавания воспринятой температуры и различения диапазона температуры, средство для определения режима электропитания вычислительной системы в соответствии с результатом, полученным средством различения, средство для нормального приведения в действие монитора вычислительной системой при работе вычислительной системы в нормальном режиме, соответствующем результату, полученному средством определения, и средство для информирования пользователя о том, что монитор вычислительной системы находится в режиме экономии электроэнергии, при нахождении вычислительной системы в режиме экономии электроэнергии, соответствующем результату, полученному средством определения (патент RU №2129729 С1, кл. G06F 1/32, G05B 24/02, опубл. 27.04.1999).
Недостатком рассматриваемого устройства является отсутствие режима, при котором происходит полное отключение нагрузки (в данном случае основного тела компьютера), а есть режим отключения только монитора, а также отсутствует возможность использования данного устройства для услуг фиксированной телефонной связи и управления режимами при помощи аналогового телефонного аппарата.
Техническим результатом является уменьшение потребления электроэнергии абонентским шлюзом путем полного отсутствия расхода электроэнергии на питание абонентского шлюза при положенной трубке телефонного аппарата пользователя и включения электропитания только при поднятии абонентом телефонной трубки, что становится особенно существенным при работе от источника бесперебойного питания и приводит к экономии ресурса аккумуляторной батареи.
Достигается это тем, что устройство для уменьшения потребления электроэнергии абонентским шлюзом содержит блок коммутации, взаимосвязанный своим первым входом-выходом с выходом-входом телефонного аппарата, вторым входом-выходом с выходом-входом абонентского шлюза, к входу которого подключен третий выход блока коммутации, первый и второй выходы которого подключены к первому и второму входам датчика положения телефонной трубки, при этом первый вход блока коммутации соединен с источником электропитания абонентского шлюза, а второй вход соединен с выходом блока управления, первый и второй входы которого соединены с первым и вторым выходами датчика положения телефонной трубки, при этом блок коммутации содержит два реле, входы управления которых подключены ко второму входу блока коммутации, первый вход которого через замыкаемый контакт первого реле подключен к третьему выходу блока коммутации, а переключаемый контакт второго реле соединен с первым входом-выходом блока коммутации, первый замыкаемый контакт второго реле соединен со вторым входом-выходом блока коммутации и вторым выходом блока коммутации, а второй замыкаемый контакт второго реле соединен с источником электропитания для телефонного аппарата, и первым выходом блока коммутации, при этом блок управления содержит логический элемент типа "И" (AND), причем первый и второй входы логического элемента подключены к первому и второму входам блока 4 управления, соответственно, а выход логического элемента 10 является выходом блока 4 управления.
Сущность технического решения заключается в том, что выполнение предполагаемого устройства вышеописанным образом позволяет получить поставленный технический результат.
Сравнение предполагаемого технического решения с ближайшими аналогами позволяет утверждать о соответствии технического решения критерию «новизна».
На фиг.1 представлена функциональная блок-схема предлагаемого устройства.
Устройство для уменьшения потребления электроэнергии абонентским шлюзом, содержит датчик 1 положения телефонной трубки и блок 2 коммутации, взаимосвязанный своим первым входом-выходом с выходом-входом телефонного аппарата 3, вторым входом-выходом с выходом-входом абонентского шлюза 5, к входу которого подключен третий выход блока 2 коммутации. Первый и второй выходы блока 2 коммутации подключены к первому и второму входам датчика 1 положения телефонной трубки, при этом первый вход блока 2 коммутации соединен с источником 6 электропитания абонентского шлюза 5, а второй вход соединен с выходом блока 4 управления, первый и второй входы которого соединены с первым и вторым выходами датчика 1 положения телефонной трубки.
Блок 2 коммутации содержит два реле 7 и 8, входы управления которых подключены ко второму входу блока 2 коммутации, первый вход которого через замыкаемый контакт первого реле 7 подключен к третьему выходу блока 2 коммутации, а переключаемый контакт второго реле 8 соединен с первым входом-выходом блока 2 коммутации. Первый замыкаемый контакт второго реле 8 соединен со вторым входом-выходом блока 2 коммутации и вторым выходом блока 2 коммутации, а второй замыкаемый контакт второго реле 8 соединен с источником 9 электропитания для телефонного аппарата 3 и первым выходом блока 2 коммутации.
Блок 4 управления содержит логический элемент 10 типа "И" (AND), причем первый и второй входы логического элемента подключены к первому и второму входам блока 4 управления, соответственно, а выход логического элемента 10 является выходом блока 4 управления.
Датчик 1 положения телефонной трубки может быть построен, например, по схеме электронного ключа или компаратора, а в качестве входного сигнала, управляющего электронным ключом может быть использовано изменение тока/напряжения на входе электронного ключа/компаратора, возникающее при замыкании/размыкании абонентского шлейфа, представляющего собой пакетный выключатель (тумблер), встроенный в телефонный аппарат 3 и соединенный с рычагом на телефонном аппарате 3. Телефонный аппарат 3 через второе реле 8 блока 2 коммутации (фиг.2) подключается либо через второй вход-выход блока 2 коммутации к входу-выходу абонентского шлюза 5, либо к источнику 9 электропитания для телефонного аппарата 3, подключаемого при отсутствии электропитания на абонентском шлюзе 5. Вход-выход абонентского шлюза 5 представляет собой стандартный аналоговый телефонный интерфейс FXS. Первый и второй входы датчика 1 положения телефонной трубки соединены с первым и вторым выходами блока 2 коммутации, при этом датчик 1 определяет положение трубки телефонного аппарата 3 при подключении его через второе реле 8 как к телефонному порту FXS абонентского шлюза 5 через второй вход-выход блока 2 коммутации, так и к источнику 9 электропитания для телефонного аппарата 3, подключаемого при отсутствии электропитания на абонентском шлюзе 5. Электропитание на абонентский шлюз 5 подается на вход, подключенный через третий выход блока 2 коммутации, соединенный с замыкаемым контактом первого реле 7, которое соединено с первым входом блока 2 коммутации, на который подается электропитание от источника 6 электропитания. Логический элемент 10 блока 4 управления подает управляющий сигнал на вход управления первого реле 7, через контакт которого подается электропитание на абонентский шлюз 5 при поднятой трубке телефонного аппарата 3, а при положенной трубке источник 6 электропитания отключается от абонентского шлюза 5. Логический элемент 10 блока 4 управления подает управляющий сигнал на вход управления второго реле 8, которое переключает телефонный аппарат 3 между источником 9 электропитания для телефонного аппарата 3, подключаемого при отсутствии электропитания на абонентском шлюзе 5, и телефонным входом/выходом абонентского шлюза 5 при подаче на абонентский шлюз 5 электропитания.
При положенной трубке телефонного аппарата 3 через блок 2 коммутации через стандартные входные провода телефонного аппарата 3 (интерфейс FXS) подается постоянное напряжение от источника 9 электропитания для телефонного аппарата 3, подключаемого при отсутствии электропитания на абонентском шлюзе 5 от источника 6 электропитания, при этом контакт первого реле 7 разомкнут. Это позволяет полностью исключить расход ресурса источника 6 электропитания абонентским шлюзом 5 в отсутствии необходимости использования услуги фиксированной телефонной связи, когда абонент не поднимает трубку своего телефонного аппарата 3. При поднятии трубки на телефонном аппарате 3, возникает ток через телефонный аппарат 3 от источника 9 электропитания для телефонного аппарата 3, подключаемого при отсутствии электропитания на абонентском шлюзе 5, напряжение на телефонном аппарате 3 уменьшается, что регистрирует датчик 1 положения телефонной трубки, который подает управляющий сигнал на блок 2 управления. Блок 2 управления при получении управляющего сигнала от датчика 1 положения телефонной трубки, соответствующего поднятой трубке на телефонном аппарате 3, подает управляющий сигнал на первое реле 7, которое обеспечивает подачу электропитания на абонентский шлюз 5, и управляющий сигнал на второе реле 8 для переключения телефонного аппарата 3 на абонентский шлюз 5, при этом абонентский шлюз 5 и телефонный аппарат 3 переходят в штатный режим работы от источника 6 электропитания.
Таким образом, данное техническое решение, по существу, является эмуляцией стандартного подключения, при котором постоянное напряжение на телефонный аппарат подается не от телефонной станции или абонентского шлюза, а от устройства 9 электропитания для телефонного аппарата 3, подключаемого при отсутствии электропитания на абонентском шлюзе 5. Возможны многочисленные варианты технической реализации устройства, например, использование схем электронных ключей на КМОП-структурах (CMOS, Complementary-symmetry/metal-oxide semiconductor), в технологии которых используются полевые транзисторы с изолированным затвором с каналами разной проводимости, отличительной особенностью которых по сравнению с биполярными технологиями (ТТЛ, ЭСЛ и др.) является очень малое энергопотребление в статическом режиме, что позволяет максимально уменьшить энергию, потребляемую логическими схемами устройства, и приводит к полному отсутствию потребления электроэнергии абонентским шлюзом при положенной трубке телефонного аппарата [Эннс В., Кобзев Ю., Проектирование аналоговых КМОП-микросхем. Краткий справочник разработчика, 2005, ISBN: 5935172380].
Возможны различные варианты технического исполнения устройства уменьшения потребления электроэнергии абонентским шлюзом:
- отдельно стоящий модуль, к которому подключаются абонентский шлюз, источник электропитания и телефонный аппарат;
- в качестве части модифицированного абонентского шлюза, в который встроено устройство уменьшения потребления электроэнергии абонентским шлюзом;
- в качестве части модифицированного источника бесперебойного питания, в который встроено устройство уменьшения потребления электроэнергии абонентским шлюзом.
Выбор того или иного варианта технического исполнения определяется конкретной задачей.
Таким образом, в заявленном техническом решении достигается поставленный технический результат, состоящий в уменьшении потребления электроэнергии абонентским шлюзом, путем отключения электропитания нагрузки (абонентского шлюза) при положенной трубке телефонного аппарата пользователя и включения электропитания только при поднятии абонентом телефонной трубки.