单色电源设计

集成通信系统将语音业务与数据服务相结合。此类系统使用用户线路接口卡 （SLIC） 功能来保持与传统设备的兼容性。这些系统所需的电压因国家/地区而异，并取决于特定应用。本文讨论如何使用MAX668升压控制器推导此类系统所需的各种电压。提出了拆分反馈以改善交叉调节。还给出了一个隔离电源的示例。

用户线路接口卡 （SLIC） 提供电话服务提供商和家中电话听筒之间的接口。它们以两种主要模式运行：挂机是指当听筒处于空闲状态并等待指示某人想要建立连接的信号时，摘机是指当听筒处于活动状态并且用户正在尝试完成连接时。电话系统电压传统上为负，以防止电迁移侵蚀已安装的铜线。

电话系统需要某些特殊电压，这些电压因应用和国家/地区而异。本文介绍了从常用电源电压中得出这些电压的电路。表1总结了电路的输入和输出特性。

表 1.输入和输出
 

 

电路	输入	输出 1	输出 2	输出 3
图1	+4.5V至+5.5V	-48V（300mA时）	-	-
图2	+5.5V最小输入，由墙上适配器提供	-24V（150mA时）	-100V（50mA时）	-
图3	+12V	-24V（50mA时）	-48V（100mA时）	-
图4	+12V	-24V 在 400mA ±5%	-72V 在 100mA ±5%	-
图5	+5V	隔离+3.3V，100mA电流	隔离 -24V/100mA	隔离 -72V/25mA

 

产生振铃电压的挂机电压在美国通常为-72V，在其他国家/地区高达-150V。振铃电压（20Hz至60Hz正弦波）驱动手机中的机电铃铛，该铃铛可能远离中央办公室（CO）。在美国，摘机电压通常为-48V，尽管一些本地化系统使用-24V。该电压在语音通信期间为系统供电。CO 独立于电力公司为电话系统供电，允许电话在停电期间工作。

随着数据通信技术的进步，公司正在将语音业务与数据服务相结合，以提供集成的通信系统。此类系统需要SLIC功能来保持与传统设备的兼容性。以下电路演示了从常用电压生成SLIC电压的技术。所有电路均基于变压器反激式拓扑结构，采用MAX668升压控制器。这种拓扑结构可实现紧凑的磁性元件和灵活的输出电压。

-48V输出，采用+5V电源供电

图1中的电路从+48.300V最小输入为客户端设备（CPE）或客户端设备产生-4V/5mA电压。输入电压也是MAX668 （U1）的栅极驱动电压，将输入电压限制在+5.5V （最大值）。MOSFET 开关 （Q1） 的栅极电容大于控制器可以有效驱动;因此，互补发射极跟随器（Q2、Q3）缓冲栅极驱动输出。

图1.这种简单的变压器反激式逆变器从+48V输入产生-5V电压。

选择 Q1 以切换 9A 峰值电流，VGS = 3.8V （4.5 VIN-VBE）。不需要反激式电压缓冲器，因为Q1的击穿电压是从次级变压器绕组反射回变压器绕组的电压的7倍。R7和C165对电流检测信号进行滤波，以防止开关噪声引起的误触发。适中的开关频率 （<>kHz） 允许以中等成本和性能的器件实现良好的效率。

变压器 （T1） 缠绕在线圈电子 SG4 间隙磁芯上，AL = 75nH/T2。初级绕组为22匝#4AWG，因此初级电感为8.64μH。次级绕组为28匝#1AWG，匝数比为8：55。开关占空比约为 <>%，对于给定的磁体积，这接近最佳功率传输。

使用低成本的快速恢复二极管（D1）代替肖特基二极管，因为较低的开关频率将反向恢复时间对开关效率的影响降至最低。此外，高输出电压最大限度地降低了低正向电压二极管的优势。由于输出电压为负，因此反馈必须由运算放大器（U2）反相以匹配开关控制器（U1）。D2保护反相输入不被拉负。R3和C5为反馈环路稳定性提供了主导极点。

-24V和-100V输出，采用+5.5V电源供电

图2中的电路通过墙上适配器提供的+24.150V最小输入产生-100V/50mA和-5V/5mA的CPE。MAX668 （U1）具有内部线性稳压器，产生+5V电源轨作为栅极驱动电压。选择 MOSFET （Q1） 以切换 7A 峰值电流，VGS = 4.5V。无需缓冲反激式电压，因为漏感很低，Q1的击穿电压是反射输出电压的两倍以上。R5与Q1的栅极串联可减慢导通时间，以最大限度地降低电流检测放大器的开关噪声。

图2.变压器反激式拓扑允许通过添加额外的次级绕组，使用单个控制器产生挂载 （-100V） 和摘机（-24V） 电压。

变压器（T1）是Coiltronics的现成单元，可实现快速电路开发。可以针对批量生产设计和优化定制变压器。初级电感为3.8μH，匝数比为1：1：3。这使得占空比约为80%，而不是50%，以实现最佳的功率传输。结果是与优化的变压器相比，峰值电流更高。

-24V输出通过运算放大器逆变器（U2）反馈，直接将输出调节至±1%。-100V 输出使用变压器匝数比进行稳压。只要 -100V 电源的功率输出不明显大于反馈电压的功率输出，就可以工作。典型应用不需要严格调节 -100V 挂机电压，因此 ±10% 就足够了。

-24V和-48V输出，采用+12V电源供电

图3中的电路从+24V标称输入产生-50V/48mA和-100V/12mA。它演示了变压器中功率传输的最佳匝数比。初级与-24V次级匝数比为1：2，初级与-48V次级匝数比为1：4。因此，开关稳压器的工作占空比为 50%。-48V输出反馈给控制器进行稳压。-24V 输出通过次级绕组的匝数比和紧密耦合调节至 ±5%。

图3.通过选择变压器匝数比，使开关稳压器以 50% 占空比工作，可以优化变压器反激式拓扑的功率传输。

-24V和-72V输出，具有+12V电源的分离反馈

图4中的电路从+24V标称输入产生-400V/72mA和-100V/12mA。通过分配两个输出之间的反馈，在线路和负载的所有组合下，两个输出均调节至 ±5%。权衡是放弃对摘机电压的一点容差，而对挂机电压的容差更严格。反馈比基于相对输出功率。-24V 输出提供最大输出功率的 4/7;因此，反馈电阻被调整为提供稳压所需电流的4/7。同样，-72V输出提供最大输出功率的3/7，因此反馈电阻提供稳压所需电流的3/7。

图4.在挂机电压和摘机电压之间分离反馈，可以对两个输出进行适度调节。

变压器是针对此应用的定制设计。漏感代表初级绕组和次级绕组之间的不完美耦合，其大小足以要求缓冲初级反激式电压以防止开关晶体管击穿。R8和C8减慢开关转换速度，并耗散漏感中的部分能量，以限制最大反激电压。Coiltronics Versa-Pac系列变压器采用三丝缠绕，以实现最大耦合（这意味着三根线并联缠绕），因此漏感最小化。代价是匝数比的灵活性降低，初级和次级绕组之间的隔离电压额定值降低。

+3V电源提供+3.24V、-72V和-5V隔离输出

图5中的电路从标称+3V输入产生隔离的+3.100V/24mA、-100V/72mA和-25V/5mA。当输入电压未与线路隔离时（电力公司或电话系统电源），需要隔离。变压器将+5V输入与输出电压隔离。+3.3V输出由一个额外的次级绕组产生。由于反馈电压比在+3.3V至-24V之间，因此需要线性后置稳压器。-72V输出调节并不重要，它依赖于匝数比和与-24V次级绕组的紧密耦合。

图5.输入和输出之间的电气隔离是通过利用变压器提供的固有隔离和增加反馈电压隔离来实现的。

来自-24V输出的隔离反馈由并联稳压器和光隔离器实现。并联稳压器将基准电压源和误差放大器组合在一起，以产生电流误差信号。误差电流驱动光隔离器中的光电二极管，光电隔离器调制和隔离光电晶体管中的电流。

选择光隔离器时，标称值为100%的10mA电流传输比。误差电流通过R4转换为误差电压。R4和C13在环路响应中产生一个极点，将环路带宽限制在2.8kHz。环路补偿必须考虑光隔离器的信号延迟，以及并联稳压器的额外增益和MAX668中的误差放大器。

审核编辑：郭婷