反激式电路为宽带电话网络供电

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），用于控制电话系统上的振铃和语音传输。SLIC基本上执行两个功能。一种是在客户场所拨打电话。另一种是产生用于摘机操作的环路电流。SLIC 的电源有特殊要求。

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，基本上每部电话的阻性负载为8kΩ。线路上的并行电话数称为振铃等效号码 （REN）。北美45个REN的振铃负载要求是世界上最严格的。拨打电话需要至少 <>V 的电话振铃电压有效值（40V有效值在听筒上）。电话振铃电压可以是梯形或正弦。正弦波形对电源提出了更严格的要求。45V 的正弦波有效值要求需要64V（负）的峰值电压。一部手机的峰值电源电流为 64/8k = 8mA。电源必须输出高于 64V 峰值的几伏特，以保护电阻器的压降和 SLIC 输出放大器开销。但是，线路电阻会增加所需的总电压。与典型的DSL或电缆调制解调器客户相比，用于中心局（CO）应用的电话线通常更长。在这里考虑的应用中（对于使用AMD79R79 SLIC的Legerity Inc.），此电压要求为-90V。

许多应用为多条线路供电。电话可能会按顺序振铃以降低峰值功率，或者可能允许一些重叠，然后决定功率要求。REN=5应用的峰值电流要求为40mA。由Legerity Inc.开发的AMD79R79 SLIC将此要求设置为56mA（以考虑SLIC电路中的各种容差）。在使用四条线路并允许在四条线路中的两条中重叠的应用中，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中删除振铃信号。这可以防止振铃信号给订户带来不适。为了检测此状态，在接地和电源之间建立指定时间（AMD150R79 SLIC为79毫秒）的直流电流路径。SLIC器件检测环形跳闸的直流电流，从而消除环形信号。使用 AMD79R79 的应用通常将此直流电流值设置为比手机提供的负载高约 40%（这两个值都可以在 AMD79R79 中独立设置）。对于 REN=100 应用，这将直流环形跳闸电流设置为 5mA。如果应用还使用四条线路，其中四条线路中的两条重叠，则环形跳闸电流在200ms内提供150mA的额外负载。因此，电源应设计为在-312V输出时最大负载至少为90mA。

除了使电话振铃外，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环路。在单线路、单电话应用中，设计结合了较低和较高的电源电压，并在大约-53V的折衷电压下工作SLIC。对于多线应用，振铃器和通话部分可以由同一电源供电。20mA环路的典型负载为200Ω至500Ω。这意味着负载两端的压降为4V至12V，SLIC上的其余压降为100V至<>V。更有效的方法是为振铃器和语音传输使用两种不同的电源，就像在正在考虑的应用一样。对于多线路操作，如果一条线路在通话状态下摘机，则它以较低的电源电压工作，并且不能振铃。然后，通话状态的功率将看到大约<>mA的最大负载。

这些应用使用壁挂式直流电源，产生 10V 至 25V 的电压，但通常提供所需的 12V。下面的表 1 总结了有关 AMD79R79 应用的电源要求的讨论，该应用使用四条线路，四条线路中的两条重叠。

表 1.AMD79R79 四线应用的电源要求
 

 

参数	要求
输入电压	12V ±10%
输出功率	3 至 30W（典型值为 12W）
输出电压	-90V/-30V
-30V 要求（四条线路中的两条重叠）	调节 ±4V （±13%） 最大输出电流 150mA 纹波 50mVp-p
-90V 要求（四条线路中的两条重叠）	调节 ±6V （±6%） 最大输出电流 320mA 纹波 50mVp-p

 

反激式电源，采用MAX1856

多抽头电感器和PFET可用于从正输入产生所需的两个电压。与 N 沟道器件相比，P 沟道器件通常具有更高的导通电阻。在多抽头电感拓扑中，PFET上的电压应力将非常高。使用NFET的多绕组反激式拓扑可产生更高的功率和更高的效率。NFET上的应力也小得多，因为与抽头电感拓扑中PFET上出现的全部输出电压相比，匝数比降低了反射输出电压。

对于多绕组反激式拓扑，MAX1856控制器用于调节输出电压（图1）。MAX1856工作在电流控制模式。内部运算放大器反相检测的负输出电压，无需任何外部有源元件。MAX1856基准电压和反馈引脚之间的电阻（内部以地为基准）设置电阻式输出电压分压器的电流。FREQ 引脚上的一个外部电阻决定开关频率。选择500kHz的最高频率可提供该应用指定的最大输出功率30W。

图1.用于 AMD79R79 SLIC 的电源。

连续导通模式需要更大的初级电感和更大尺寸的变压器。但是，它可以提高效率并降低峰值电流值，从而降低NFET中的关断损耗。然而，这并不意味着初级或次级电流连续流动。在反激式电源中，连续模式是指变压器铁芯在一个完整开关周期内的磁场连续性。图1中的电路设计为在连续导通模式下工作。

输入电压施加到变压器的初级T1。一个外部 MOSFET 开关驱动主变压器的另一侧。MAX1856接通MOSFET，有效地在变压器T1的初级端施加输入电压。初级的“点”端比“无点”端更积极。初级电流随与输入电压成正比的变化率线性增加，与初级电感成反比。开关保持导通的时间段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。峰值初级电流，IP，是开关关闭前初级电流的最终值。与峰值电流的平方成正比的能量由变压器中的磁场存储。

次级绕组承载的反射电压与初级电压的匝数比成比例，具有相同的“点”极性。当MOSFET开关位于二极管D1和D2上时，反向偏置，从而防止次级电流流动。当开关关闭时，减小的磁场会在变压器绕组中引起突然的电压反转，使得“无点”侧现在比“点”侧具有更高的电位。二极管 D1 和 D2 变为正向偏置，次级电流迅速上升至峰值（与峰值初级电流 I 成正比）P通过反转匝数比）。初级电流立即降至零。次级电流现在以与输出电压成正比的速率线性减小，与次级电感成反比。

MOSFET 漏极电压迅速上升至输入电压和反射输出电压之和。所选MOSFET的击穿电压大于此电压。初级漏感，LLP，变压器与输出电容共振，C开放源码软件，MOSFET和初级变压器电容，CP，在 MOSFET 关断期间。这会导致关断期间的电压过冲与该谐振电路的寄生阻抗成正比。关断期间，电压过冲会增加 MOSFET 两端的电压。RCD缓冲器用于箝位电压，使其小于MOSFET的击穿电压。开关在下一个周期开始时打开，次级电流突然降至零。储存的能量没有完全传递到负载。能量保留在内核中，并在开关打开时导致初级电流波形的初始阶跃（图 2）。二极管D1和D2反向偏置并关断。在此关断期间，变压器的次级漏感与次级整流器的自电容谐振。整流器D2的阴极使用RC缓冲器来抑制振铃。在较高电压输出端只需要一个缓冲器。初始关断尖峰仍然存在，并反映在原边，如图2中的电流波形所示。

图2.反激式中的初级电流 （CH1= 电压 @ EXT;CH2=初级电流）。

MAX1856可以驱动多种逻辑电平N沟道MOSFET。选择 MOSFET 时考虑的关键参数包括栅极电荷、反向传输电容、击穿电压、导通电阻和阈值电压。这些参数的要求值由MAX1856的栅极驱动能力和电路的效率要求决定。选择MOSFET和其它电路元件的一般设计步骤在MAX1856数据资料中有更详细的说明。

反激式电源设计中最重要的因素之一是变压器。MAX1856可与经济型现成变压器配合使用。AMD79R79 SLIC电源使用库柏电子的变压器CTX03-15220，初级电感为4μH。分离反馈技术（图 1）和变压器绕组中的紧密耦合改善了交叉调节。由于两个输出上的电流负载范围很广，因此该特性在此应用中非常重要。通话电池电源（-30V）可提供8mA（当所有电话都处于空闲状态时）和高达150mA的电流。振铃器电源 （-90V） 可提供 1 至 320mA 的电流。此应用所需的典型输出功率为 12W（表 1）。但是，在环形跳闸条件下，电源可以安全地提供所需的30W。图3显示了该电路对振铃器电源（-90V）实现的出色交叉调节。在所有负载条件下，通话电池电源（-30V）的变化小于100mV（标称输入电压为12V）。两个输出端的输出纹波均为20mV。这表明该电路在表1的规格范围内表现良好。

图3.反激式电源符合法规要求。

审核编辑：郭婷