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反激电路为宽带电话网络供电的解决方案

来源:analog 发布时间:2023-11-16

摘要: 一个反激电路为宽带电话网络供电。用户线路接口卡(SLIC)反激电源与经济的现成变压器一起工作,满足监管要求。

随着宽带接入的出现,许多公司开发了高压slic(用户线路接口卡)来控制电话系统的振铃和语音传输。slic基本上执行两个功能。一种是在顾客家里打电话。另一个是为脱钩操作产生回路电流。SLICs的电源有特殊的要求。

多线路,多电话应用电源要求

美国振铃器的等效电路,在大约20Hz的振铃频率下,基本上每个电话的电阻负载为8k欧姆。一条线路上并行电话的数量称为振铃等效数(REN)。北美对五个REN的振铃载荷要求是世界上最严格的。振铃要求铃声电压不低于45V(RMS)(听筒电压不低于40V)。电话振铃电压可以是梯形的,也可以是正弦的。正弦波形对电源的要求更严格。具有45V(RMS)要求的正弦波需要64V(负)的峰值电压。一部手机的峰值电源电流为64/8k = 8mA。电源必须输出几个额外的电压高于64V峰值保护电阻电压降和SLIC输出放大器开销。然而,线路电阻会增加所需的总电压。与典型的DSL或电缆调制解调器用户相比,中央局(CO)应用程序的电话线通常更长。在这里考虑的应用中(对于使用AMD79R79 SLIC的legity公司),该电压要求为-90V。

许多应用为多条线路供电。电话可以按顺序响铃以降低峰值功率,或者允许一些重叠,从而决定功率需求。REN=5应用的峰值电流要求为40mA。由legity公司开发的AMD79R79 SLIC将这一要求设置为56mA(考虑到SLIC电路中的各种公差)。在使用四条线并允许四条线中的两条重叠的应用中,峰值电流要求为112mA。任何线卡振铃实现都需要在用户摘机后的指定时间内从用户线路上去除振铃信号。这可以防止环形信号对用户造成不适。为了检测这种状态,在地和电源之间建立直流电流路径,持续指定时间(150毫秒)。用于AMD79R79 SLIC)。SLIC器件感知直流电流的环跳闸,导致环信号的去除。使用AMD79R79的应用程序通常将该直流电流的值设置为比手机呈现的负载高约40%(这两个值可以在AMD79R79中独立设置)。这将直流环跳闸电流设置为100mA,用于REN=5应用。如果应用程序还使用四条线,其中四条线中的两条重叠,则环跳闸电流在150msec内呈现200mA的额外负载。因此,电源应设计为在-90V输出时最大负载至少为312mA。

除了振铃外,电源还必须为语音传输和接收供电。在许多情况下,一旦语音传输开始,SLIC需要约-24V的较低输入电压来建立20至25mA的环路。在单线、单一电话应用中,设计结合了较低和较高的电源电压,并在约-53V的折衷电压下操作SLIC。对于多线路应用,振铃和通话部分可以由同一电源供电。20mA回路的典型负载为200欧姆至500欧姆。这意味着负载上有4V到12V的下降,其余的在SLIC上。一种更有效的方法是使用两种不同的电源来进行振铃和语音传输,就像正在考虑的应用程序一样。对于多线路操作,如果其中一条线路在通话状态下摘机,则该线路在较低的供电电压下工作,不能振铃。然后,通话状态的电源将看到约100mA的最大负载。

这些应用使用壁挂式直流电源,产生10V至25V,但通常提供所需的12V。下面的表1总结了关于AMD79R79应用程序的电源需求的讨论,该应用程序使用四条线,四条线中有两条重叠。

表1。AMD79R79四线应用的电源要求

参数
要求
输入电压
12 v±10%
输出功率
3 ~ 30W(典型12W)
输出电压
-90 v / -30 v
-30V要求(四条线中的两条重叠)
稳压±4V(±13%)
最大输出电流150mA
涟漪50 mvp-p
-90V要求(四条线中的两条重叠)
稳压±6V(±6%)
最大输出电流320mA
涟漪50 mvp-p


带MAX1856的反激式电源

多抽头电感和pet可用于从正输入产生两个所需的电压。与n通道器件相比,p通道器件通常具有更高的导通电阻。在多抽头电感拓扑中,pet上的电压应力将非常高。使用非场效应晶体管的多绕组反激拓扑产生更高的功率和更好的效率。与抽头电感拓扑中出现在fet上的全输出电压相比,由于匝数比降低了反射输出电压,因此fet上的应力也小得多。

对于多绕组反激拓扑,MAX1856控制器用于调节输出电压(图1)。MAX1856在电流控制模式下工作。内部运算放大器反转感测的负输出电压,而不需要任何外部有源元件。MAX1856参考电压和反馈引脚之间的一个电阻,内部参考地,设置电阻输出分压器中的电流。FREQ引脚处的外部电阻决定开关频率。选择500kHz的最高可能频率来提供此应用规定的30W的最大输出功率。


图1所示。电源为AMD79R79 SLIC。

连续传导模式需要更大的初级电感和更大尺寸的变压器。但是,它提高了效率并降低了峰值电流值,从而降低了NFET的关断损耗。然而,这并不意味着一次电流或二次电流连续流动。在反激电源中,连续模式是指在一个完整的开关周期内,变压器铁心内的磁场是连续的。图1中的电路被设计为在连续传导模式下工作。

输入电压加到变压器的初级电压T1上。外部MOSFET开关驱动初级变压器的另一侧。MAX1856打开MOSFET,有效地在变压器T1的初级电压上施加输入电压。primary的“dot”结尾比“no-dot”结尾更积极。初级电流线性增加,其变化率与输入电压成正比,与初级电感成反比。开关保持接通的时间由占空比和开关频率决定。占空比由变压器匝数比、输入电压和输出电压决定。一次电流峰值I(P)是开关关断前一次电流的最终值。与峰值电流的平方成正比的能量被磁场储存在变压器中。

次级绕组携带的反射电压按匝数比与初级电压成正比,具有相同的“点”极性。当MOSFET开关打开时,二极管D1和D2是反向偏置的,这可以防止二次电流流过。当开关关闭时,减弱的磁场在变压器绕组中引起突然的电压反转,使得“无点”侧现在处于比“点”侧更高的电位。二极管D1和D2正向偏置,二次电流迅速上升至峰值(与一次电流峰值I(P)成反比)。一次电流立即降至零。次级电流现在以与输出电压成正比、与次级电感成反比的速率线性减小。

MOSFET漏极电压迅速上升到输入电压和反射输出电压之和。所选MOSFET的击穿电压大于此值。在MOSFET关断过程中,变压器的初级漏感L(LP)与MOSFET的输出电容C(OSS)和初级变压器电容C(P)产生共振。这导致在关断期间电压过调与该谐振电路的寄生阻抗成正比。电压超调增加了在关断期间在MOSFET上看到的电压。RCD缓冲器用于钳位电压,使其小于MOSFET的击穿电压。开关在下一个周期开始时打开,二次电流突然降为零。储存的能量没有完全传递给负载。当开关打开时,能量留在磁芯中,并在一次电流波形中产生初始步骤(图2)。二极管D1和D2反向偏置并关断。在此关断过程中,变压器的二次漏感与二次整流器的自电容产生共振。在整流器D2的阴极处使用RC缓冲器来抑制振铃。高压输出只需要一个缓冲器。初始关断尖峰仍然存在,并反映在主电压中,如图2中的当前波形所示。


图2。反激电流(CH1=电压@ EXT;CH2 =一次电流)。

MAX1856可以驱动各种逻辑级n沟道mosfet。选择MOSFET时考虑的关键参数包括栅极电荷、反向转移电容、击穿电压、导通电阻和阈值电压。这些参数的要求值取决于MAX1856的栅极驱动能力和电路的效率要求。在MAX1856数据表中更详细地解释了选择MOSFET和其他电路元件的一般设计程序。

反激电源设计中最重要的因素之一是变压器。MAX1856适用于经济的现成变压器。AMD79R79 SLIC电源采用库柏电子公司的CTX03-15220变压器,初级电感为4µH。分离反馈技术(图1)和变压器绕组的紧密耦合改善了交叉调节。这个特性在这个应用中是非常重要的,因为两个输出上可能有很宽的电流负载范围。通话电池电源(-30V)可以提供8mA(当所有手机空闲时)和高达150mA。ringer电源(-90V)可以提供1到320mA的电流。该应用所需的典型输出功率为12W(表1)。然而,在环脱扣状态下,电源可以安全地提供所需的30W。图3显示了该电路对环格电源(-90V)的出色交叉调节。在所有负载条件下,talk电池电源(-30V)的变化小于100mV(标称输入电压为12V)。两个输出上的输出纹波为20mV。这表明电路在表1的规格范围内表现非常好。


图3。反激电源满足调节要求。

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