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KR960006948B1 - 본질적 안전 전화기 - Google Patents

본질적 안전 전화기 Download PDF

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KR960006948B1
KR960006948B1 KR1019870003985A KR870003985A KR960006948B1 KR 960006948 B1 KR960006948 B1 KR 960006948B1 KR 1019870003985 A KR1019870003985 A KR 1019870003985A KR 870003985 A KR870003985 A KR 870003985A KR 960006948 B1 KR960006948 B1 KR 960006948B1
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telephone
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가이-트로닉스 코오퍼레이션
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Abstract

내용 없음.

Description

본질적 안전 전화기
제1도는 전화선 인터페이스, 션트 다이오드배리어 및 단일선 계기를 포함하고 있는 본 발명의 본질적인 안전 전화기 시스템의 개략 블록도,
제2도는 제1도에 도시된 전화선 이터페이스의 상세 블록도,
제3도는 제1도에 도시된 션트 다이오드배리에의 상세 회로도,
제4도는 제1도에 도시된 단일선 계기의 상세 블록도,
제5도는 제1도에 도시된 전화선 인터페이스의 상세 회로도,
제6도는 제1도에 도시된 단일선 계기의 상세 회로도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
12 : 위험환경 14 : 안전환경
16 : 단일선계기 18 : 전화선 인터페이스장치
20: 션트 다이오드배리어 22:2선 전송로
본 발명은 위험지역이나 안전이 중요한 고려의 대상이 되는 지역에서 사용되는 본질적인 안전전화기에 관한 것으로, 특히 이와 같은 지역에 유용하고 그리고 종래 기술에서 필요로 하고 있는 형태의 값비싼 방폭(explosion-proof) 하우징의 사용이 필요하지 않는 본질적 안전 전화기에 관한 것이다.
예를 들어, 전기설비, 발전소, 정유공장, 해상유정굴착장치, 개스에틸렌회사, 화학공장, 탄광자업장, 석탄 준비공장 및 이송스테이션, 개스피이프라인, 플라스틱제조회사, 곡물창고 등과 같는 광범위한 산업계에는 전기설비가 사용되는 매우 위험한 환경들이 존재한다. 이들 위험한 환경 때문에 그리고 이들 위험한 환경내에서의 전기설비의 사용에 의해 야기되는 위험 때문에, 위험한 지역용 전기설비의 설계에 대해 내셔날 일렉트릭컬 코드(NEC: National Electrical Code) 및 언더라이터스 레버러토리스(UL: Underwritera Lsboratories)에 의해 각종 규격이 마련되어 왔다.
내셔날 일렉트릭컬 코드(NEC)는 산업환경에서 발견되는 재료의 성질에 따라 산업환경에서의 위험지역을 분류하고 있다(ANSI/NEPA-70, 아이클 500참조). 클래스1 위험환경은 가연성 개스 및 증기로 포함하고 있는 곳이다. 클래스2 위험지역은 가연선 먼지를 포함하고 있는 곳이다. 클래스3 위험지역은 섬유와 털먼지를 포함하고 있는 곳이다.
상기한 각 클래스내에서, 환경들은 이들 환경에서 발견되는 특정 재료에 따라 다시 그룹으로 나뉘어진다.
클래스1, 그룹A 환경은 아세틸렌 개스를 포함하고 있는 곳이다. 예를 들어, 이 클레스1, 그룹A 환경은 NEC에 의해 분류되는 가장 위험한 환경이며, 이는 전기설비에 대해 가장 엄격한 사양을 요구한다. 아세틸렌 개스의 성질 때문에, 클래스1, 클래스1, 그룹A 환경용으로 승인된 전기설비는 극소수에 불과했다. 실제로, 그러한 장소용으로 승인된 전화설비는 없었다.
클래스1, 그룹B 환경은 수소개스 또는 체적당 30% 이상의 수소가 함유된 인조개스를 포함하고 있는 곳이다.
클래스1, 그룹C 환경은 일산화탄소, 황화수소, 원유 등을 포함하고 있는 곳이다.
클래스1, 그룹D 환경은 아세톤, 벤존, 에틸, 메틸, 프로필 및 이소프로필알코올, 개솔린, 메탄, 스티렌, 톨루엔, 염화비닐 등을 포함하고 있는 곳이다.
클래스1, 그룹B,C 및 D 환경용으로 승인된 전화설비가 있었으나, 이 설비는 매우 고가이다.
승인된 엔클로저, 즉 방폭, 정화 및 정상기압의 엔클로저를 사용하지 않으며 그리고 NEC에 의해 분류된 클래스1 위험지역용으로 승인된, 전화기를 포함하고 있는 전기설비는 "본질적 안전(Intrinsically safe)"으로 불리어진다.
클래스1, 그룹B,C 및 D형 위험공간용으로 승인된 전형적인 종래 기술의 방폭전화기는 기밀(air tight)되지 않는 엔클로저를 가지고 있다. 그러므로, 이와 같은 방폭 전화기용 엔클로저는 주변의 위험한 공기의 유입을 가능하게 한다. 그러므로, 이 엔클로저 내의 장치에서 발생하는 어떤 아킹(arcing)은 엔클로저내에서 점화를 일으킬 수 있다. 그러므로, 엔클로저는 내부 폭발에 의해 야기되는 고압을 견디고 억제할 수 있도록 만들어져야만 한다. 이화 같은 엔클로저는 통상, 많은 유지용볼트에 의해 설치된, 넓고 밀접하게 기계가공된 복수의 커버플레이트를 가지고 있는 무거운 알루미늄 캐스팅(castings)을 포함하고 있다. 또한 푸쉬버튼또는 로타리식 스위치와 같은, 엔크클로저에 통해 있는 어떤 관통장치도 최소 길이의 부싱 또는 슬리브를 가지고 어떤 간격을 유지하지 않으면 안된다. 이와 같은 엔클로저는 제조하기가 어렵고 비용이 많이 든다.
상기한 형태의 방폭하우징의 사용을 필요로 하지 않는 NEC에 의해 분류된 클래스1, 그룹B,C 및 D형 위험환경용의 위험지역 전화기를 제공하는 것이 바람직하다. 더욱이, 클래스1, 그룹A 환경용의 본질적인 안전 전화기를 제공하는 것이 더욱 바람직하며, 그리고 방폭하우징을 필요로 하지 않는 그러한 전화기를 생산하는 것이 더욱더 바람직하다.
NEC에 의해 분류된 형태의 위험환경에 설치되는데 필요한 UL요건을 충족시키는 본질적 안전 전화기의 설계는 단순한 문제가 아니다.
UL에 의해 강요되는 제약을 충족시키는 것 이외에, 본질적 안전 전화기는 표준전화망과의 인터페이스를 위해 FCC(미연방통신위원회)의 요건을 충족시키는 것도 필요하다. 따라서, 본 발명의 목적을 충족시키는 본질적 안전 전화기는 위험 환경에 대한 NEC 및 UL의 요건을 충족시켜야 하는 한편, 기존전화망과의 인터페이스를 위해 표준 라인임피던스 및 특성도 가져야만 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 NEC에 의해 규정된 모든 위험환경에서 동작 가능하고, 고가의 방폭하우징의 사용없이 동작 가능하며, 위험환경내에서의 동작을 위해 UL의 모든 요건을 충족시키며, 그리고 기존의 전화망과 완전한 호환성이 있는 본질적 안전 전화기를 제공하는 것이다.
본질적으로 안전하도록 의도된 종래 전화기에서의 문제점은 이러한 전화기들이 보조 전력을 필요로 한다는 사실이다. 위험 지역내의 전화기 동작용 전력을 공급하기 위해 큰 공장내에 특수 케이블이 설치되어야만 한다. 이러한 케이블 설치에는 많은 비용이 든다. 더욱이 공장에서의 전력손실은 전화통신의 손실을 야기시킨다. 전화기는 비상용으로 위험지역에 설치되므로, 정전동안에의 전화통신불능은 특히 바람직하지 않다. 보조전력 케이블설치를 필요로 하지 않는 위험환경용 본질적 안전 전화기를 제공하는 것이 특히 바람직하다.
본 발명의 이들 목적 및 기타목적은 보조전력을 공급받는 것과 대조되는, 선전력을 공급받(line-powered)단일선 계기를 포함하고 있는 본질적 안전 전화기에 의해 달성된다. 단일선 계기는 위험환경내에 위치하여 2선전송로를 통해 안전환경에 접속된다. 안전환경에는, 단일선 계기에 공급되는 최대전력을 감소 및 제어하기 위한 전화선 인터페이스 및 션트 다이오드 배리어(barrier)를 포함하고 있는 전기분리 수단이 위치해 있다. 전화선 인터페이스는 전화망으로부터 단일선 계기에 공급되는 선전력을 감소시키고, 그리고 전화망으로부터 도래하는 링신호의 전력도 감소시켜서 UL의 요건을 충족시킨다. 선전력을 공급받는 단일선 계기는 오퍼레이터로부터의 다이얼 출력신호 및 오디오출력 신호를 전화망에 제공하고, 그리고 전화망으로부터 링 입력신호 및 오디오입력신호를 수신한다.
상기 단일선 계기는 전화망과 완전한 호환성이 있으며, 이 전화망과 분리되어 있다.
본 발명의 중요한 태양에 따르면, 전화선 인터페이스는 단일선 계기가 오프훅 팀으로 인해 선전원이 오프훅 모드동안에만 2선전송로를 통해 상기 단일선 계기에 공급됨을 전화망에 지시하는 오프훅 수단을 더 포함하고 있다. 이 결과를 달성하기 위하여, 본 발명은 단일선 계기와 전화망 사이에 접속되어 상기 오프훅 수단을 구동하는 새로운 부트스트랩 전원수단을 채용하고 있다.
본 발명은 첨부도면의 참조에 의해 좀더 완전하게 이해될 것이다.
우선 제1도를 참조하면, 본 발명의 본질적 안전 전화기시스템은 전체적으로 10으로 표시되어 있다.
본 발명의 본질적 안전 전화기시스템(10)은 위험환경(12)내에 위치한 일부분과, 전체적으로 14로 표시한 안전환경에 위치한 다른 부분을 포함하고 있다. 본 발명의 본질적 안전 전화시스템은 위험환경(12)에 위치한 단일선 계기(16)를 포함하고 있다.
상기 단일선 계기(16)는 전화망으로부터 오디오 입력신호와 링 입력신호를 수신할 수 있으며, 그리고 오디오 출력신호와 다이얼 출력신호를 그 전화망에 공급할 수도 있다.
상기 단일선 계기(16)는 전기분리배리어를 통해, 도시된 표준 전화망에 접속되어 있다.
상기 전기분리배리어는 단일선 계기(16)로부터 멀리 떨어진 안전환경(14)에 위치하고 있다.
본 발명에 따른 전기분리배리어는 전화선 인터페이스장치(18)와 션트 다이오드 배리어(20)를 포함하고 있다.
상기 션트 다이오드 배리어는 접지되어 있고, 그리고 전화선 인터페이스(18)와 단일선 계기(16) 사이에 접속되어 있다. 션트 다이오드 배리어(20)는 상기 단일선 계기(16)에 전력을 공급하고 그리고 단일선 계기(16)의 통신을 가능케 하는 2전 전송로(22)에 의해, 단일선 계기(16)에 접속되어 있다.
본 발명의 션트 다이로드 배리어장치(20)는 위험환경(12)내에 위치한 단일선 계기(16)에 전류 및 전압보호를 제공한다.
전화망에 관한한, 본 발명의 전화선 인터페이스(18)는 미국 FCC의 요건을 만족시키기 위하여 필요한 임피던스 특징 및 라인특성를 제공한다. 그러나 단일선 계기에 관한한, 전화선 인터페이스(18)는 NEC에 의해 요구되는 위험환경에서의 동작에 대한가장 엄격한 요건을 충족시키기에 충분한 전압 및 전류 특성도 제공한다.
제2도를 참조하여 전화선 인터페이스(18)를 좀더 상세히 설명한다. 제2도에 도시된 바와같이 전화선 인터페이스(18)는 전화망으로부터 입력선(32)을 통해 오디오 입력신호와 링 입력신호를 수신하고, 그리고 출력선(34)을 통해 션트 다이오드 배리어(20)에 제공한다. 다음에 상세히 설명되는 바와 같이, 전화선 인터페이스(18)는 제2도에 점친 분리선(29)으로 표시된 바와 같이 출력선(34)으로부터 입력선(32)을 전기적으로 분리시킨다.
제2도에 표시된 분리선의 유일한 파열구(breach)는 후에 상세히 설명되는 부트스트랩 전원(31)을 통해 있다. 제2도에 도시된 바와 같이 전화선 인터페이스(18)는 분리배리어 양단의 입력선(32)과 출력선(34) 사이에 접속되는 많은 회로를 포함하고있다. 이들 회로는 링거회로(24), 오디오인터페이스회로(26), DC/DC변환기회로((28), 및 오프훅 표시기회로(30)이다. 링거회로(24), 오디오인터페이스회로(26), DC/DC변화기회로(28), 및 오프훅 표시기회로(30) 각각은 추후 상세히 설명한다. 더욱이, 선(33,35)을 통해 부트스트랩 전원(31)이 입력선(32) 양단에 연결되어 있다. 오프훅 표시기회로(30)는 선(37)을 통하여 상기 부트스트랩 전원(31)에 접속되어 있으며, 접속이유는 후술한다.
동작시에, 링거회로(24)는 전화망으로부터 도래하는 링신호의 전력을 위험환경(12)에 적합한 레벨로 감소시킨다. 일반적으로, 전화망으로부터 도래하는 링신호는 20Hz의 90V AC이다. 이 신호는 링거회로(24)에 의해 200Hz의 약 5.5~6.5V 최대치로 감쇄된다.
오디오 인터페이스회로(26)는 전화망과 위험환경(12)가에 전류 및 전압을 분리시켜서, 분리배리어(29)의 대향측상에서, 입력되는 오디오신호와 출력되는 오디오신호간의 전류 및 전압을 분리시킨다.
DC/DC변환기회로(28)는 위험환경(12)내의 단일선 계기(16)의 동작을 위해 감쇄된 선전력을 제공한다.
DC/DC변환기회로(28)는 표준전화망으로부터의 약 48V DC 선전력에 응답한다. 다음에 상세히 설명되는 바와 같이, 이 DC신호는 상기한 분리배리어(29)를 가로질러 전송되기 위해 펄스폭 변조기회로에 의해 AC신호로 변환된다. 일단, 분리배리어(29)를 가로지르면, 상기 AC신호는 위험환경(12)내에 선전력을 공급하기 위해 23밀리암페어, 최대약 8.2V의 DC신호로 다시 변환된다.
오프훅 표시기회로(30)는 단일선 계기(16) 및 부트스트랩 전원(31)에 응답하여, 단일선 계기(16)가 오프훅될 때마다 전화망에 표시를 제공한다.
부트스트랩 전원(31)은 선(33,35)을 통하여 입력선(32)양단에 접속되어 이들입력선으로부터 공급되는 선 전력에 응답한다.
상기 부트스트랩 전원(31)은 단일선 계기(16)가 오프훅일 때 오프훅 표시기회로(30)에 전력을 공급하기에 충분한 에너지를 저장하고 있으며, 단일선 계기에의 선전력공급을 시작하도록 DC/DC변환기회로(28)를 구동한다.
제3도를 참조하여 션트 다이오드 배리어(20)에 대해 설명한다. 제3도에 도시된 바와 같이 제2도의 전화선 인터페이스장치(18)로부터의 출력선(34)은 제1퓨즈(40)및 제2퓨즈(42)에 연결되어 있다. 제1퓨즈(40)는 선(44)을 통하여 제1저항(46)에 접속되어 있고, 한편 제2퓨즈는 선(48)을 통하여 제2저항(50)에 접속되어 있다. 저항(46,50) 및 퓨즈(40,42)양단에는 전체적으로 52로 표시한 제너다이오드(54,56)와, 제2퓨즈(42)와접지 사이에 접속된 제3 및 제4제너다이오드(58,60)로 구성되어 있다.
본 발명의 션트다이오드 배리어(20)는 제1 및 제2퓨즈(40,42)에 의해 단일선 계기(16)를 보호한다. 단일 선 계기에 대한 전업보호는 제너회로망(52)에 의해 수행된다. 상기 제어회로망은 양접지측에 대해 최대 8.2V로 단일선 계기로의 전압을 제한한다. 전류보호는 저항(46,50)에 의해 수행된다. 션트 다이오드 배리어(20)의 출력은 도시된 바와 같이 2선 전송경로(22)에 제공된다.
이제 제4도를 참조하여, 본 발명의 단일선 계기(16)를 좀더 상세히 설명한다.
제4도에 도시된 바와 같이, 단일선 계기(16)는 2선전송(22)로부터의 전류 및 전압 보호입력을 수신한다. 이 2선전송로 양단에는, 전화망으로부터 오디오입력 및 링입력을 수신하고 전화망에 오디오출력 및 다이오출력을 발생하여 주는 회로들이 접속되어 있다. 특히, 단일선 계기(16)는 2선 전송로(22) 양단에 접속되어 있는 압전소자(70)를 포함하고 있다. 압전소자(70)는 도래하는 호출에 응답할 것을 오퍼레이터에게 알리는 링출력을 발생한다. 전화망에 2선전송로(22)를 가로지른 외부송신용의 펄스(로타리)다이얼신호 또는 터치톤 다이얼신호를 제공할 수 있는 다이얼러(dialer)회로(72)도 2선전송로(22)양단에 접속되어 있다. 펄스(로타리)다이얼을 사용할 때, 다이얼러(72)는 입력선(22)상의 스위치(73)를 개폐시켜 다이얼신호를 제공한다.
또, 오퍼레이터에게 제공하기 위해, 전화망으로부터의 도래하는 오디오신호를 증폭하는 수화기증폭기(74)가 2선전송로(22) 양단에 접속되어 있다. 이 수화기증폭기(74)에는 수화기증폭기(74)로부터의 신호에 응답하여 음향에너지를 발생하는 오디오출력 트랜스듀서(80)가 접속되어 있다. 또한 오디오입력 트랜스듀서(78)로부터의 입력에 응답하는 마이크로폰 증폭기(76)가 2선전송로(22)양단에 접속되어 있다. 오디오디오입력 트랜스듀서(78)는 오퍼레이터로부터 음향에너지를 수신하여 출력오디오신호를 발생하며, 이 출력오디오신호는 마이크로폰 증폭기(76)에 의해 증폭되어 2선전송로(22)를 가로질러 전화망에 전송된다.
제4도에 도시된 바와 같이, 다이얼러회로(72)는 선(71)을 통하여 마이크로폰증폭기회로에 접속되어 있다. 다이얼출력(DTMF)신호는 마이크로폰 증폭기회로(76)에 의해 증폭되어 2선전송로(22)를 가로질러 전화망에 전송된다.
이제 제5도를 참조하여 전화선 인터페이스회로(18)를 상세히 설명한다. 상기한 바와 같이, 전화선 인터페이스(18)는 입력선(32)과 출력선(34) 사이에 접속되어 있으며, 입력선(32)은 전화망에 접속되어 있고 출력선(34)은 션트 다이오드 배리어(20)에 접속되어 있다. 입력선(32)은 링거회로(24) 및 오디오인터페이스회로(26)에 연결되어 있다.
상기한 바와 같이, 링거회로(24)는 전화망으로부터의 링입력신호에 응답하며, 한편 오디오 인터페이스회로(26)는 상기 전화망으로부터의 오디오 입력신호 및 단일선 계기(16)로부터의 오디오 출력신호에 응답한다.
오디오 인테페이스회로(26)는 바람직하게는 트랜스포머(92)에 접속되는 브리지 정류회로(90)로 구성되어 있다. 트랜스포머(92)는 단일선 계기(16)와 전화망(18) 사이를 분리시킨다. 브리지 정류기(90)는 다음에 설명될 오프훅 표시기회로(30) 및 DC/DC변환기회로(28)의 동작을 위한 DC전원을 공급한다. 트랜스포머(92)의 출력은 출력선(34)에 직접 접속되며, 이 출력선(34)은 션트 다이오드 배리어(20)에 접속되고또한 상기 트랜스포머(92)의 출력은 부트스트랩 전원(31)에 접속된다.
링거회로(24)는 모토롤라 톤 발생기 MC 34012-2T와 같은 톤 발생기회로(94)를 포함하고 있으며, 그리고 톤 발생기(94)의 출력을 출력선(34)에 접속시키고 전화망으로부터 단일선 계기(16)를 분리시키는 트랜스포머(96)를 더 포함하고 있다. 입력선(32)으로부터 톤 발생기회로(94)로의 입력은 저항(98) 및 콘덴서(100)를 통해 제공된다. 톤 발생기(94)로부터 트랜스포머(96)로의 출력은 저항(102,104) 및 콘덴서(106,108,110,112)로 구성되어 있는 RC회로망을 통하여 공급된다.
전화망으로부터 도래하는 링신호는 전형적으로 20Hz의 90V이다. 이들 신호는, 톤 발생기(94)에 제공될 때, 단일선 계기(16)의 압전소자(70)에 출력선(34)을 따라 송신되기 위해 2000Hz의 대략 5.5내지 6.5V로 감소된다.
단일선 계기(160에 공급되는선 전력은 단일선 계기가 오프훅될 때마다 DC/DC변환기회로(28)에 의해 공급되며, 상기 오프훅은 오프푹 회로(30)에 의해 결정된다.
오프훅회로(30)는 바람직하게 발광다이오드(1160와 포토트랜지스터(118)를 포함하고 있는 광전회로(114)로 구성되어 있다. 이 광전회로(114)를 사용할 경우, DC/DC변환기(18)와, 위험환경(12)에 위치된 단일선 계기(16) 사이가 분리된다. 발광다이오드(116)는 단일선 계기(16)가 오프훅일 때를 제외하고 통상 비도전상태이다.
제5도에 도시된 바와 같이 , 발광다이오드(116)는저항(120) 및 콘덴서(122)와 병렬 결합되어 있고, 병렬 결합된 콘덴서(122), 저항(120) 및 발광다이오드(116)는 콘덴서(124)를 통하여 접지되어 있을 뿐만 아니라, 출력선(34)을 통하여 션트 다이오드 배리어(20)에 접속되어 있다. 또, 발광다이오드(116)는 선(126)을 통하여 부트스트랩 전원(31)에 접속되어 있다. 또한 후술하는 바와 같이, 부트스트랩전원(31)은 단일선 계기(16)가 오프훅일 때 마다 발광다이오드(116)를 구동하기 위한 전원을 공급한다.
제5도에 도시된 바와 같이, 포토트랜지스터(118)는 직렬저항조합(128,130)에 의해 브리지정류기(90)에 결합되어 있다. 포토트랜지스터(118)의 양단에는 트랜지스터(132,134)로 구성되는 2단 DC증폭기회로가 접속되어 있다. 트랜지스터(132,134)로 구성되어 있는 이 2단 증폭기회로의 출력은 선(136)을 통해 DC/DC변환기회로(28)에 접속되어 있다.
제5도에도시된 바와 같이, DC/DC변화기회로(28)는 펄스폭변조기회로(138)를 포함하고 있다. 펄스폭변조기회로(138)는 단일선 계기(16)가 오프훅될 때마다 선(136)을 따라 오프훅회로(30)로부터의 입력을 수신한다. 선(136)을 따라 입력을 수신할 때, 펄스폭변조기회로는 12V, 17Hz, AC신호를 발생하며, 이 신호는 선(141,143, 146)을 따라 센터탭 트랜스포머(140)에 공급한다. 트랜스포머(140)는 단일선 계기(16)를 전화선 인터페이스(18)의 DC/DC변환기회로(28)로부터 분리시킨다. 트랜스포머(140)의 AC신호출력은 다이오드(142,144)에 공급되어 정류된다. 다이오드(142,1440는 출력선(34)에 직접 접속되어 있다. 따라서 DC/DC변환기회로(28)의 출력은 단일선 계기(16)에 선전력을 공급하는데 이용되는 DC신호가 된다.
본 발명의 중요한 태양에 따라 부트스트랩 전원(31)이 제공된다. 제5도에 도시된 부트스트랩 전원(31)은 2개의 저항(146,148), 콘덴서(150) 및 제너다이오드(149)를 포함하고 있다. 콘덴서(150)는 오디오 인터페이스회로(26)의 트랜스포머(92)의 출력코일들 사이에 접속되어 있고, 또 각 저항(146,148)에 접속되어 있다. 저항(146,148)은 상기한 분리선(29)의 유일한 파열구이다. 이러한 분리는 트랜스포머(92),트랜스포머(140), 광전회로(144) 및 트랜스포머(96)에 의해 제공된다. 그러나 저항(146,148)은 예를 들어 470KΩ 저항으로, 이로인해 매우 적은 양의 전류가 분리배리어(29)를 통과한다. 브리지 정류기(90)로부터 저항(146,148)을 통과하는 적은 전류는 단일선 계기(16)가 은훅될 때마다 부트스트랩 전원(31)의 충전콘덴서(150)의 영향을 받는다. 그러나 단일선 계기(16)가 오프훅될 때, 콘덴서(150)는 선(126)을 통해 방전하여 발광다이오드(116)를 도통 상태로 하며, 이에 의해 DC/DC변환기회로(28)가 구동되어 단일선 계기(16)에 필요한 선전력이 공급된다.
제6도를 참조하여 단일선 계기(16)를 상세히 설명한다. 제6도에 도시된 바와 같이 전화선 인터페이스(18)로부터의 출력은 2선전송로(22)를 통해 압전소자(70)에 제공된다. 링거회로(24)로부터의 링거입력신호가 수신될 때, 압전소자(70)는 오퍼레이터에게 도래호출이 도착한 것을 지시하는 가청 가능한 신호를 발생한다.
전화선 인터페이스회로(18)로부터의 2선전송로(22)는 또한 직렬경로 온/오프 스위칭 트랜지스터(152)를 통해 수화기 증폭기(74)에 접속된다. 직렬경로 온/오프 스위칭 트랜지스터(152)는 후술되는 훅수위치(164)에 접속되어 있다. 단일선 계기(160가 오프훅일 때, 직렬경로 온/오프 스위칭 트랜지스터(152)는 도래하는오디오신호를 수화기 증폭기회로(74)에 공급한다. 바람직하게는, 증폭기회로(74)는 2개의 연산증폭기(156,158)와 전류구동기 트랜지스터(160)를 포함하고 있는 극저전력 연산증폭기회로로 구성되는 것이 바람직하다. 수화기 증폭기회로(74)는 대략 1.8내지 1.9V공급전압과 같은 극저전압범위에서 동작한다. 본 발명의 환경에 유용한 한 가지 회로는 내셔날세미콘덕터사 제공 증폭회로 LM 10CLN가 있다. 수화기 증폭기회로(74)의 연산증폭기(156)에의 동작전력은 전류다이오드(162)와 3개의 직렬 접속다이오드(164)간의 접속점으로부터 추출된 약 1.8V DC이다. 콘덴서(166)가 또한 동일 접속점에서 접지에 연결되어 있다. 연산증폭기(156)는 연산증폭기(158)의 비반전입력에 0.2V 전압의 기준신호를 제공한다. 연산증폭기(158)이피드백루프는 저항(168)과 콘덴서(170)의 병렬결합회로를 포함하고 있다. 연산증폭기(158)의 출력은 전류구동기 트랜지스터(160)의 베이스에 제공된다. 전류동기 트랜지스터(160)의 콜렉터에는 또한 전류다이오드(172)와 그라운드에 접속된 3개의 직렬 접속다이오드(174) 사이의 접속점으로부터 1.8V DC가 공급된다. 제너다이오드(200)는 다이오드(162,164) 및 다이오드(172,174) 양단에 접속되어 있다. 제너다이오드(200)는 소정의 최대치 이하로 억제된 전류출력을 유지시킨다. 전류구동기 트랜지스터(160)의 에미터는 도시된 바와 같이 도디오 출력장치(80)에 연결되어 있다. 오디오 출력장치(0)는 전류구동기 트랜지스터(160)의 출력을 접지시키는 수화기(HT1) 양단의 전압에 따라 음향에너지를 발생한다. 바랙터(176)는 수화기 전압을 0.6V로 제한한다.
제6도에 도시된 단일선 계기(16)에 공급되는 오디오 입력은 마이크로폰(MKl)으로부터 공급된다. 오디오 입력장치(78)는 바랙터(178)와 저항(182)으로 구성되어 있는 병렬회로망을 포함하고 있다. 이 회로망 양단의 전압은 콘덴서(184)와 저항(186)을 통하여 마이크로폰 증폭기회로(76)에 접속되어 있다. 마이크로폰 증포기회로(76)는 연산증폭기(188)를 포함하고 있고, 연산증폭기(188)의 출력은 전류규동기 트랜지스터(190)에 직접 접속되어 있다. 연산증폭기(188)의 비반전입력은 콘덴서(191)와 저항(192)의 병렬조합에 의하여 접지되어 있고, 저항(199)에 의하여 선(198)에 접속되어있다. 따라서 오디오 입력장치(78)로부터의 입력이 비반전입력에 공급된다. 연산증폭기(188)의 피드백루프는 전술한 전류구동기 트랜지스터(190)뿐만아니라 저항(194)과 콘덴서(196)의 병렬 조합을 포함하고 있다.
전류구동기 트랜지스터(190)의 콜렉터는 증폭된 오디오신호를 2선전송로(22)를 통해 전화망에 전송하기 위하여 선(198)을 따라 출력선(34)에 직접 접속 되어있다.
본 발명의 중요한 태양에 따라, 오디오 증폭기회로(76)는 2선전송로(22)를 따른 루프저항의 변화에 응하여 바이어스 레벨을 자기 조정할 수 있다. 바람직하게는 오디오 중폭기회로(76)의 바이어스 레벨은 대략 5.0V이다. 이 바이어스레벨에 의하여 결정되는 오디오 출력신호는 제너다이오드(200)에 의하여 8.2V로 되며 그리고 연산증폭기(1880의 1.8V DC 동작레벨이상으로 유지된다. 증가된 직렬저항을 부과하는, 위험영역 및 안전영역간의 2선전송로(22)의 장거리 설치는 바이어스 레벨을 감소시킬 것이다. 그러나 오디오 증폭기회로(76)는 연산증폭기(188)의 비반전 입력에서 감지된 전압레벨이 다시 균형을 이를 때까지, 저항(244)을 통하여 DC전류를 감소시켜 바이어스 레벨을 효과적으로 증가시킨다. 한편, 만일 2선 전송로922)의 설치 길이가 짧다면, 바이어스레벨은 자동적으로 이를 보상하기 위하여 하향 조정된다. 전류구동기 트랜지스터(190)의 에미터는 저항(202,206)을 포함하고 있는 경로를 통해 콜렉터에 접속되어 있다. 저항(202)과 저항9206)간의 접속점은 콘덴서(204)에 의하여 수화기 증폭기(74)에 접속되어, 측음거절(side tone rejection), 즉 이어폰을 통한 음성의 감쇄를 제공한다.
단일선 계기(16)로부터의 다이얼 출력은 다이얼러회로(72)에 의하여 제공된다. 바람직하게는 다이얼러회로(72)는 모스텍(Mostek)에 의하여 제공되는 MK 5375 CN과 같은 톤 및 펄스발생기회로(207)로 구성되어 있다. 톤 및 펄스발생기회로(207)에 공급되는 스테이 얼라이브(stay alive)전원은 2선 전송로(22)에 접속된 680킬로오옴의 큰저항(208)을 통하는 전류흐름에 의하여 제공된다. 이 전류는 단일선 계기가 은훅될 때 톤 및 펄스발생기회로(207)의 메모리를 유지한다. 게다가 스테이 얼러이브회로는 다이오드(210)를 포함하고 있다. 톤발생기(207)에의 스테이 얼라이브 입력은 접지에 접속된 제너다이오드(212)에 의하여 보호된다. 톤 및 펄스발생기회로(207)에의 다이얼입력은 터치톤 키보드(214)에 의하여 제공된다. 톤 발생기에 의한 사용표준주파수는 크리스탈(216)에 의하여 제공된다. 톤 발생기(207)에의 동작전원은 단일선 계기(16)가 훅스위치(154)로 결정되는 오포훅이 취해질 때마다 제공된다. 훅스위치(1540는 직렬경로 온/오프 트랜지스터(152)에 의하여 2선전송로(22)으로부터 톤 발생기회로(207)에 동작전원을 제공한다. 단일선 계기(16)가 오프훅일 때, 직렬경로 온/오프 트랜지스터(152)는 전류가 다이오드(220,222,210)를 통하여 흐르는 것을 허용하여, 톤 및 펄스발생기회로(207)에 적절한 동작전원을 공급한다.
톤 및 펄스발생기(207)로부터의 다이얼출력(DTMF)신호는 저항(240,242)으로 구성된 디바이더회로망 양단에 나타난다. 이 회로망 양단의 전압은 콘덴서(246) 및 저항(248)을 통하여 마이크로폰 증폭기회로(76)에 제공된다. 이전에 설명한 바와 같이, 마이크로폰 증폭기회로(76)는 증폭된 오디오신호를 2선전송로(22)를 통해 전화망에 전송하기 위하여 선(198)을 따라 전송한다.
다이얼 출력(로타리)신호는 훅스의치(154)를 통해 트랜지스터(218)에 제공된다. 트랜지스터(218) 및 직렬경로 온/오프 트랜지스터(152)는 로타리신호에 응답하여 단일선 계기(16)의 DC전류루프를 번갈아 개페시킨다.
이전에 기술한 오프훅 회로(30)는 DC전류루프의 개폐에 응답하여 표준전화망에대한 로타리 다이얼에 유사하게 응답한다.
제6도에도시된 바와 같이, 단일선 계기(16)는 다이얼러회로(72)의 출력에 접속된 뮤팅회로(224)를 더 포함하고 있다. 뮤팅회로(224)는 트랜지스터(230)뿐만 아니라 제1MOSFET(226) 및 MOSFET(228)를 포함하고 있다. 트랜지스터(230)는 톤 발생기회로(207)늬 출력과 MOSFET(226,228)의 게이트 접점 사이에 접속되어 있다. MOSFET(226)는 저항(182)에 접속되어 있고, 반면에 , MOSFET(228)는 저항(183)에 접속되어 있다. 다이얼 출력이 오디오 증폭기회로(76)에 의한 증폭을 위하여 톤 발생기회로(207)에 의하여 발생될 때마다, MOSFET(206,228)는 동작하여, 전술한 MOSFET의 각각의 드레인에 제공된 저항(182)의 오디오 입력과 저항(283)의 오디오 출력을 쇼트시킨다. 이러한 방식으로 다이얼 출력은 오퍼레이터의 수화기에서증폭되지 않으며 마아크로폰에서의 주변잡음으로부터 보호된다.
전술한 본질적으로 안전한 전화시스템(10)은 어떤 종류의 환경에서도 사용할 수 있도록 NEC의 모든 요건을 충족시키지 위하여 위험환경(12)내에서도 충분히 낮은 전기 및 열에너지 레벨에서 동작한다는 것이 밝혀졌다. 더욱이 이 본질적으로 안전한 전화기는 방폭하우징이나 어떤 보조전원도 필요로 하지 않다. 위험환경내에서 단일선 계기(16)에의 전력은 2선전송로(22)를 가로질로 전송돠는 선전력에 의하여만 제공된다. 게다가 제6도에 도시된 단일선 계기(16)는 NEC 및 UL에 의하여 설정된 기준에 부응하기 위하여 방폭하우징의 사용을 필요로 하지 않는다.
여기서 기술되고 청구되는 본질적 안전전화기는 UL에 의한 여러시험을 받았다. 특히 전화기는 UL검사 913 제3판의 섹션 33에 기술된 시험을 이용하여 수소가스 및 공기혼합을 사용한 스파아크 점화시험을 받았다. 아무런 점화도 발생하지 않았다. 부가하여 전술한 전화기에 사용되는 부품들은 열점화시험, 열폭주시험, 전류제한저항시험, 무화수시험(atomized water test), 낙하시험(drip test), 온도시험 및 절연도시험, 기계오용시험 및 누수시험(rain tight-ness test), 및 모든 종류의 시험을 받아서 만족할 만큼 합격하였다.
본 발명에 대한 특정실시예가 도시되고 기술되었지만, 본 발명의 취지를 벗어나지 않고 다른 실시예가 가능하며 그러한 모든 수정 및 개량된 것도 첨부한 청구범위의 취지내에 있다는 것은 명확할 것이다.

Claims (8)

  1. 위험환경용의 본질적 안전 전화기에 있어서, 다이얼출력신호와 오디오출력신호를 전화망에 제공하기 위해 그리고 상기 전화망으로부터 링입력신화와 오디오입력신호를 수신하기 위해 상기 위험환경에 설치되는, 선전력을 공급받는 단일선계기; 상기 단일선 계기를 안전환경에 접속하는 2선전송로; 및 상기 안전환경에 설치되어 있고 그리고 상기 2선전송로와 상기 전화망 사이에 접속되어 상기 단일선 계기에 공급되는 전력을 제어하는 전기분리수단으로 구성되어있고, 상기 전기분리수단은 상기 전화망으로부터 상기 단일선 계기에 공급되는 선전력을 감소시키고, 상기 전화망으로부터 도래하는 링신호의 전력을 감소시키며, 그리고 상기 전화망으로부터 상기 단일선 계기를 분리시키는 전화선 인터페이스; 및 상기 단일선 계기에 공급되는 최대전력을 제어하는 셰트 다이오드 배리어를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 본질적 안전 전화기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전화선 인터페이스는 도래하는 링입력신호의 저력을 감소시키는 링거회로; 상기 단일선 계기와 상기 전화망 사이를 전기적으로 분리시키는 오디오 인터페이스회로; 상기 단일선 계기에 공급되는 선전력을 감소시키는 DC/DC변화기수단; 상기 단일선 계기가 오푸훅됨으로 인해 상기 단일선 계기에 선전력이 공급됨을 지시하는 오프훅수단; 및 상기 단일선 계기와 상기 전화망 사이에 접속되어 상기 오푸훅 수단을 구동하는 부트스트랩전원수단으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 본질적 안전 전화기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 단일선 계기는 상기 링 입력신화에 응답하여 링출력을 발생하는 압전소자; 상기 2선전송로에 접속되어 상기 전화망으로부터 상기 오디오 입력신호를 증폭하는 수화기 증폭기; 상기 2선전송로에 접속되어 상기 전화망에 다이얼 출력신호를 발생하여 주는 다이얼러 수단; 및 상기 2선전송로에 접속되어 상기 전화망에 오디오 출력신호를 제공하는 마이크로폰 증폭기로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 본질적 안전 전화기.
  4. 제2항에 있어서, 상기 DC/DC변화기수단은 AC 신호를 발생하는 펄스폭 변조기 수단; 상기 펄스폭 변조기수단에 응답하여 분리배리어를 가로질러 상기 AC신호를 전송하는 트랜스포모수단; 및 상기 트랜스포머수단에 응답하여 상기 2선전송로를 가로질러 전송하기위해 상기 AC신호를 직류신호로변환하는 수단으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 본질적 안전 전화기.
  5. 제2항에 있어서, 상기 오프훅 수단은 상기 부트스트랩저원수단과 상기 DC/DC변화기수단 사이에 접속되어 상기 단일선 계기가 오푸훅될 때마다 감소된 선전력신호를 발생하는 광전회로로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 본질적 안전 전화기.
  6. 제2항에 있어서, 상기 링거회로는 상기 전화망과 상기 2선전송로 사이에 접속되어 상기 링입력신호에 응답해서 감쇄된 링신호를 발생하는 톤 발생기로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 본질적 안전 전화기.
  7. 제3항에 있어서, 오디오 입력신호를 상기 마이크로폰 증폭기에 발생하여 주는 오디오입력 트랜스듀서; 및 상기 증폭된 오디오 입력신호에 응답하여 가청의 출력을 발생하는 오디오출력 트랜스듀서를 더 포하마고 있는 것을 특징으로 하는 본질적 안전 전화기.
  8. 제7항에 있어서, 상기 단일선 계기는 상기 다이얼러 수단에 응답하여, 상기 다이얼러 수단의 작동시 상기 오디오입력 및 상기 오디오출력 트랜스듀서를 비작동시키는 뮤팅회로를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 본질적 안전 전화기.
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