Alimentacion linea telefonica

Apéndice II
Estudio de viabilidad de la obtención de
alimentación para un sistema de telemando
telefónico de la propia línea
En primera instancia precisamos conocer las características que, a nivel eléctrico,
presenta la línea de abonado. En este momento disponemos de las especificaciones de la
antigua CTNE para la línea de abonado ordinaria (LAO), las cuales deberemos
actualizar, pero entretanto, confiamos en que éstas no difieran mucho de las actuales, o
que las centrales de conmutación sigan respetando las mismas por razones de
compatibilidad tecnológica, hipótesis bastante razonable puesto que el servicio y los
terminales telefónicos no han sufrido variación sustancial.
II.1 Especificaciones del bucle de abonado
De la especificación 620.006 de la CTNE sobre los requisitos que deben cumplir las
centrales en cuanto a la línea de abonado ordinaria (LAO), extraemos aquellas
características que son de nuestro interés.
II.1.1
Características en corriente continua

Alimentación de 48V. nominales a través de un puente de 2 x 250 
10% o con circuito limitador de corriente fijado a 45mA.  10% para
corrientes inferiores al límite y con tensión dependiente de la
resistencia de carga de la línea.

Resistencia del bucle completo con aparato descolgado de 1800
máximo.

Resistencia del par de hilos comprendida entre 0 y 1200.

Características del par de hilos como las de un cable subterráneo de
0.405mm:
1

Impedancia característica a 800Hz de 150 (1-j)  con 286/Km y
50nF/Km.

Dos posibles estados del bucle:

Abierto: Se interpreta que se está en este estado si la corriente es
inferior a un valor entre 8.5 y 12mA  10%.

Cerrado: Se interpreta que se está en bucle cerrado si la corriente
del bucle es superior a un valor comprendido entre 12 y 13.5mA 
10% y se tomará como paso a bucle abierto cuando la corriente
caiga por debajo de un valor entre 8.5 y 9.5mA  10%.
II.2 Especificaciones del aparato de abonado
De la especificación Nº 315.022 de la CTNE sobre estos aparatos, nos interesa sólo:
II.2.1
Características en corriente continua

En estado colgado la impedancia ha de ser superior a 100K, en
conversación no será superior a 600.
II.3 Hipótesis de partida
A partir de las especificaciones efectuamos algunas suposiciones que nos permiten
obtener una primera aproximación:
II.3.1
Estado de bucle abierto
Para garantizar que la central detecte este estado, en el caso peor la corriente deberá ser
inferior a 7.65mA (8.5 menos el 10%=7.65). Si sobre este valor respetamos un margen
de seguridad de un 5% por posibles fluctuaciones en la carga, la corriente máxima que
podremos extraer es de 7.25mA.
Como el sistema de telemando está pensado para utilizarse en entornos domésticos o
pequeñas oficinas, lo normal será que la línea no esté dedicada y, por tanto, tenga otros
terminales conectados en paralelo. Como la resistencia de carga en continua de un
terminal ha de ser mayor que 100K, la corriente consumida por los mismos será
2
inferior a 500A. Respetando el caso común de tener dos aparatos conectados a la línea,
la máxima corriente que podremos extraer será 6.25mA.
La potencia disponible en este estado es:


PA  VA  I A  48  2  250 6.25103  6.25  280mW
II.3.2
Estado de bucle cerrado
En este estado consideraremos:

La única carga en continua sobre la línea es la que origina el circuito
de extracción de corriente, lo que significa que el muestreo e
inserción de señal se hace con una impedancia en continua infinita
(muy alta).

El circuito deberá ser inmune a la polaridad de la línea, y
comportarse como una carga resistiva de 600.
Bajo estas hipótesis, la potencia disponible en bucle cerrado será:
48


PC  VC  I C  R  I C2  600 
  1.14W
 600  2  500
II.3.3
Eficiencia de la fuente
Partimos de la hipótesis de una fuente de alto rendimiento. Según la documentación
consultada, tomamos como referencia el regulador conmutado MC34129, cuyo diseño
es específico para este tipo de aplicaciones y con el que se obtienen eficiencias del
orden del 75%.
II.4 Potencia final disponible
La potencia que al final tendremos disponible para nuestra aplicación será:

Bucle abierto:
PBA    PA  0.75 280  210mW

Bucle cerrado:
PBC    PC  0.751140 855mW
3
II.4.1
Planteamiento general de la solución
Disponemos de un equipo electrónico (Interfaz + Microcontrolador), con dos modos de
funcionamiento: espera (standby) y activo (run). En el primer modo, el equipo tiene un
consumo mínimo de potencia, Pmin, con la única función de escuchar la línea en espera
de una llamada. Cuando ésta se recibe, el detector de llamada envía una señal de
activación y el sistema pasa al modo activo, en el que tiene plena capacidad de
operación y un consumo de potencia Pmax.
Para que el sistema pueda funcionar de forma autónoma alimentándose a través de la
línea, su consumo medio deberá ser inferior a la energía que es capaz de proporcionar
ésta. El origen del problema está en el hecho de que Pmax > PBC y por ello vamos a
necesitar de un módulo que almacene toda la energía disponible para que nuestro equipo
vaya extrayéndola según precise. El primer requisito que debe cumplir el sistema para
que haya almacenamiento neto es que Pmin < PBA. Además deberá verificarse el
siguiente balance energético:
Energía consumida  Energía suministrada
Si partimos de la suposición inicial de que el único tráfico que soporta la línea es el
asociado a la aplicación de telemando y que su valor medio en un periodo (T) de un día
(24 horas) es ‘a’, las energías puestas en juego son:
1. Energía consumida = [(1-a)Pmin + aPmax]T
2. Energía suministrada = [(1-a)PBA + aPBC]T
El balance energético es una función del tráfico soportado y habrá un valor umbral por
encima del cual no se cumple.
El tráfico máximo soportado es:

[(1-a)Pmin + aPmax]T  [(1-a)PBA + aPBC]T
a(Pmax - Pmin + PBA - PBC)  PBA - Pmin
a
PBA - Pmin
Pmax  PBA   PBC  Pmin 
Como no disponemos de datos reales de consumo del equipo estableceremos unos
márgenes razonables para el funcionamiento del mismo:
4
50mW  Pmin  100mW
5W  Pmax  10W
En el caso peor, en que Pmin = 100mW y Pmax =10W, el tráfico máximo soportado es:
amax = 0.012 Erlang,
En el otro extremo, Pmin = 50mW y Pmax =5W, obtendremos un tráfico máximo
aceptable de:
amax = 0.037 Erlang.
Por tanto, dependiendo de las medidas reales de consumo que efectuemos, tendremos
un balance energético favorable dentro de los siguientes márgenes de tráfico ofrecido:
a  amax
0.012  amax  0.037
Los valores entre los que se mueve amax se corresponden con el tráfico típico de un
usuario doméstico que no accede a la red Internet.
Las funciones de telemando en un entorno doméstico generan un tráfico muy pequeño,
ya que estaríamos hablando de acciones como conectar o desconectar la calefacción,
aire acondicionado, alarmas, electrodomésticos, y, por tanto, verificarían los requisitos
de tráfico.
También se podría pensar en nuevas funciones como la telemetría, proporcionando el
conjunto de mediciones para las que se haya diseñado cada vez que se llama al equipo.
Una aplicación podría ser la de pequeñas estaciones meteorológicas.
En cuanto al tráfico permitido y, siempre que la complejidad no elevase el consumo del
equipo por encima de los márgenes especificados, podría llegar a utilizarse para
funciones de mensajería doméstica (contestador automático).
II.4.2
Dimensionado de la batería
A la hora de escoger el tamaño de la batería debemos considerar el modo en el que se va
a usar el dispositivo. El caso peor sería aquél en que todo el consumo se realiza en una
única vez de forma continuada y el resto del día se recarga la batería; por el contrario, el
caso mejor sería aquél en que el consumo se hace de forma equiespaciada con una
pequeña duración del mismo.
5
Veamos dos ejemplos para ilustrar lo dicho: queremos comparar la capacidad que
requerirían sendas baterías para alimentar un equipo de 6W que soporta un tráfico
medio diario de a = 0,005 < amax , en los casos:
a) Un único consumo
En este caso la operación del telemando dura 24 60 0.005 = 7.2 minutos y
la energía consumida es 67.2 / 60= 720 mWh.
b) Consumos equiespaciados de duración 30 segundos:
Los 7.2 minutos de consumo se dividen en fracciones de 30 segundos, con lo
que resulta un total de 7.230/60 = 14.4 operaciones de telemando, lo que se
traduce en una operación de telemando cada 100 minutos. Como el tráfico
está por debajo del umbral, la batería se recarga completamente entre cada
par de operaciones. La energía consumida en cada operación es 630 / 3600 =
50 mWh.
Como podemos observar, en el primer caso precisamos una batería con una capacidad
del orden de 15 veces superior. Otro parámetro fundamental para elegir la batería
adecuada es la corriente máxima que es capaz de suministrar, que debe ser superior a la
que consume el equipo.
II.4.3
Otros aspectos a considerar
Otro aspecto importante es la rentabilidad de esta solución en cuanto a complejidad.
Dependiendo de la aplicación a que se destine y de la posibilidad de usar un regulador y
fuente convencionales puede merecer o no la pena usar este medio de alimentación. Por
ejemplo, si estamos diseñando un teléfono puede ser importante obtener la alimentación
de la propia línea y no condicionar su uso a la disponibilidad de un enchufe adicional.
En el caso de un equipo de telemetría aislado también puede merecer la pena el aumento
de complejidad, frente al coste de llevar una línea de alimentación al punto de medición.
Otro ejemplo podría ser el de un programador para calefacción o aire acondicionado que
permita la conexión/desconexión a través del teléfono. Si éste va incorporado en el
aparato, es mejor alimentarlo convencionalmente ya que disponemos de otra
alimentación alternativa, pero si se comercializa como accesorio aislado habría que
valorar si conviene condicionar el uso a la existencia de un enchufe cercano. Otra
alternativa nada despreciable cuando el consumo es bajo es el uso de pilas, ya que en un
6
entorno doméstico la operación de cambiar las pilas una o dos veces al año es más
fácilmente aceptada que la de colocar un enchufe cerca.
7
8
9
ÍNDICE DE CONTENIDO
APÉNDICE
II. ESTUDIO DE VIABILIDAD DE LA OBTENCIÓN DE ALIMENTACIÓN
PARA UN SISTEMA DE TELEMANDO TELEFÓNICO DE LA PROPIA
LÍNEA ..................................................................................................................... 1
II.1 ESPECIFICACIONES DEL BUCLE DE ABONADO ................................................................. 1
II.1.1
CARACTERÍSTICAS EN CORRIENTE CONTINUA ............................................................................ 1
II.2 ESPECIFICACIONES DEL APARATO DE ABONADO ........................................................... 2
II.2.1
CARACTERÍSTICAS EN CORRIENTE CONTINUA ............................................................................ 2
II.3 HIPÓTESIS DE PARTIDA ............................................................................................................. 2
II.3.1
ESTADO DE BUCLE ABIERTO ....................................................................................................... 2
II.3.2
ESTADO DE BUCLE CERRADO...................................................................................................... 3
II.3.3
EFICIENCIA DE LA FUENTE.......................................................................................................... 3
II.4 POTENCIA FINAL DISPONIBLE ................................................................................................ 3
II.4.1
PLANTEAMIENTO GENERAL DE LA SOLUCIÓN ............................................................................. 4
II.4.2
DIMENSIONADO DE LA BATERÍA ................................................................................................. 5
II.4.3
OTROS ASPECTOS A CONSIDERAR ............................................................................................... 6
I