CN1146263A - 在线供电通信设备的电源管理 - Google Patents

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Abstract

在与通信线路相连的装置直接从该线路汲取能源的地方，使所汲取的电流最小是必要的。本发明提供了一个可变电源，它包括由振荡器(2)控制的直流/直流变换电路(3)。直流/直流变换电路(3)的输出用于供电监控唤醒音频的音频检测电路(4)。当收到适当的唤醒音频时，音频检测电路(4)向微处理器(1)提供中断信号，这将导致振荡器频率增高。频率提高了的振荡器(2)使得经由直流/直流变换电路从线路上汲取的功率增加。

Description

在线供电通信设备的电源管理
本发明涉及用以同通信线路相连接的装置，更具体而言(但并不局限于此)涉及与在线供电通信设备一起使用的电源电路。本发明还涉及包含于该装置之中的中断监控电路。
众所周知，电话(特别是那些具备诸如放大等特性的电话)要从电话线上取得线路电流用以提供能源。这些电路仅当电话处于“摘机”状态时才起作用而在不使用时通常不吸取电流。
像传真收发机或电话应答机之类含有监控电路的设备通常需要较大的功率并包括电池或电网电源。
人们也许知道，英国电话交换机中电话线的‘A’和‘B’线电位差在静态条件下约为直流50伏。提供这种电压是为了使交换过程中的电话线电路能够利用被吸取的电流而检测由用户仪器构成的线路回路。比如说，如果被吸取的电流为20毫安或更大时将产生检测，而有些电路，特别是用于较长线路的电路可能会做得更加灵敏。
因此，如果电话公司要提供在线供电设备(例如用于遥测应用)，则从电话线所汲取的电流必须小于较低电流限的回路检测电流。另外，由于能源有消耗是计成本的，所以如果每条电话线在静态条件下均汲取电流的话，这种电流的汲取必须限制在最低限度。
因而，本发明的目的在于提供具有最小静态电流汲取却又能在需要时给出较高功率的电源电路和中断监控电路。
根据本发明，提供了用于与通信线路相连的装置，该装置包括一个用以由线路终端接收能量的直流/直流变换器，该变换器具有较低功率的第一工作模式和较高功率的第二工作模式，该变换器供电用于检测通信线路上是否存在预定激活信号的检测装置，其特征在于：当检测到该信号存在时，变换器由第一工作模式切换到第二工作模式以便向第二检测装置提供能源，该第二检测装置在允许将该能源连接于其它电路之前检验该激活信号的有效性。
直流/直流变换器最好包括一个振荡器和一个变压器，该振荡器用于产生切换至该变压器主绕组的直流电平以便将能源从通信线路转换到其它电路，而由第一工作模式到第二工作模式的转换是通过提高振荡器频率而实现的。
现将仅参考附图而举例说明包含根据本发明的电源电路的中断监控电路。附图说明：
图1为遥测监控装置中一部分的示意框图；
图2为图1中振荡器的电路图；
图3为图1中直流/直流交换器的电路图；
图4为图1中音频监控电路的电路图；
图5为图1中其余电路的电路图。
先参考图1，遥测监控装置采用了编程微处理器1以响应由电话线(A，B)所接收的信号。该微处理器1的大部分接线均未示出，因为这些接线涉及与本发明无关的功能。
在静态时，即当不发生遥测功能时，该微处理器1在从输入端IRQ收以中断信号之前一直保持低功率等待模式。
音频检测电路4监控着电话总线A，B以等待特定的一个(或几个)唤醒音频。关于该线检测电路工作的更详细的情况可以在后面的说明中找到。
音频检测电路4由直流/直流变换电路3供电，为此的切换由一个振荡电路2提供。电路3的全部电源均通过二极管D11-D14组成的桥式整流电路从电话线A，B上取得。该桥式电路保证不管电话线A和B接线上电话交换机电压的极性如何，+50伏与0伏线均保持不变。二极管D11-D14可采用IN4003型。
10欧电阻R1在发生短路的情况下防止从电话总线上汲取过大的电流。
参考图2，10亨利电感T1防止A和B接线上的音频被包含一个运算放大器IC4的振荡器所吸收，该运算放大器具有正反馈与负反馈环，用以改变输出方波的频率。一旦振荡电路4开始工作，直流/直流变换器3就提供一条8伏接线。然而，为了启动第一连接的电源，该8伏接线通过47千欧电阻R12和39伏齐纳二极管D15(BZX8-539V型)与50伏接线相连。当如后面所述由直流/直流变换器3提供8伏接线时，二极管D15便限定了从+50伏电源直接汲取的电流。
运算放大器IC4(可采用Maxim生产的MAX409BCPA)的反馈环含有接于其正输入端的10兆欧电阻R23，该电阻与另一个10兆欧电阻R24一起构成分压器，该分压器使得IC4的正输入端跟踪方波输出。IC4的负输入端通过分别为1兆欧和33兆欧的电阻R15和R16与输出端相连。电容C8(10微法)允许负输入端进行跟踪，该电容由+8伏与0伏线之间分别为10兆欧的电阻R13和R14所构成的分压链进行充电。
仍考察静态情形并参考图3，振荡器2的方波输出通过各自为680微微法的电容C3和C4而馈至开关Q2和Q3。由于电容C3由220千欧电阻R10连接于+50伏线而电容C4由相应电阻R11连接于0伏线，则输出方波(该方波大约以200Hz而运行)变成一系列持续时间为100微秒的正和负尖峰信号。由于电容C11(1毫微法)没有时间充电，则开关Q2和Q3连接处的输出便在0与50伏之间切换。
这样，变压器T2将导致传输能量，该变压器具有1000匝的主绕组和三个各自为166匝的副绕组。尽管输入是穗状的，但通过该变压器之后将展宽其输出。+50伏线上配有100毫微法的去耦合电容C34。
第一副绕组与含有二极管D7、D8、D40和D41的全波整流电桥电路相连，其中各二极管可采用BAX13型。当然，也可以采用半波整流电路。电容C14(10微法)对输出进行平滑以向振荡器2提供标准的8伏电源。如前所述，该8伏线对二极管D15(图2)进行偏置，从而使得振荡器的电源通过变压器T2而直接从电话线A和B中汲取。
变压器T2的另外两个绕组有效地提供了一个中心抽头的5伏电源。包含二极管D9和D10的半波整流电路提供+2.5伏、地以及-2.5伏线。二极管D9和D10为BAX13型，而D26和D23却为齐纳BZX2V7型以限制输出电压。电容C12和C13对输出进行平滑以便在从线AB汲取约5微安电流的静态条件下向微处理器1及音频检测器4提供电源。对于更高功率的应用，将发现可以采用全波整流电桥。
现在参考图1和图4，音频检测电路4包括一个自动增益控制(AGC)电路6、一个带通滤波器7和一个信号电平检测器8。
输入音频信号由1∶1变压器T3从50伏线一侧变换到低电压电路。该音频信号传至运算放大器IC11(它可采用MAX409BCPA型)的负输入端，该信号由接地的1兆欧电阻R2和100千欧的电阻R3进行偏置。470毫微法的电容C31完成该电路至-2.5伏线之处，同时防止直流流过R2。
增益控制由反馈环而提供，该反馈环由100千欧电阻R4与1兆欧电阻R5组成，跨接在R5上的有二极管D5和D6(BAX13型)。如果运算放大器IC11的输出超过约0.5伏，二极管D5和D6将发生对数击穿。这样，通过电阻R5的旁路，增加了运算放大器IC11负输入端的反馈偏置，从而通过降低对输出馈送信号的放大量而阻止了任何高电平输出。
这样，增益控制信号经由1兆欧电阻R27传至带通滤波器7，更具体地说是传至运算放大器IC12(同样也是MAX409BCPA型)的负输入端。该滤波器由电容C15和C16以及电阻R28和R29组成，它对IC12的输入端进行反馈并只允许预定唤醒音频频率附近的窄带信号被放大且传向信号电平检测器8。
举个特定的例子，如果选定频率(fo)为493Hz，则C15可取10微微法，C16可取1微法，而R28和R29可各取为100千欧。
与fo相适应的信号经由100毫微法电容C17传向运算放大器IC13的正输入端。由接于地线的1兆欧电阻R31和接于-2.5伏线的10兆欧电阻R33对该输入端的偏置，保证了不让低电平(或随机的)信号通过。由电阻R33(10兆欧)和R32(2.2兆欧)产生的少量正反馈为电路提供了某种滞变作用。
输出线IRQ通常由10兆欧电阻R35偏置于+2.5伏。由于运算放大器IC13将输入高电平音频转换成方波，则二极管D18为正向偏置，从而产生下降沿以便向微处理器1提供中断信号。
再参考图1，在中断情况下，微处理器1用以使它的输出PBO变负。这使得电阻R18(图2)经由光子耦合双向场效应晶体管IC5和电阻R17而汲取电流，从而减小对振荡器的电阻反馈，这是因为此时IC5给出了电阻R16的一个约200欧姆的旁路。电容C8及电阻链R15和R16导致振荡器输出接近锯齿形。运算放大器IC4的正输入端跟踪由形成分压器的电阻R23和R24所提供的低电平方波，而由此产生的更快的上升时间则导致振荡器2频率的增加。这暂时增大了由变压器(图3中T2)所转换的功率，从而增加了从电话线AB所汲取的功率。
这种可用功率的暂时增加允许微处理器IC15对由IC13向该微处理器的一个输入端TCAP输出的音频信号进行精确的频率检测(约为±1Hz)。如果该音频不再存在或不是所需的数值，则PBO输出恢复常态而微处理器恢复到静态，直到经由IPQ收到另一个中断为止。
如果接收信号是有效“唤醒”信号，则利用另一个输出(图中未示出)以便为其它通过晶体管开关接于-2.5伏电源线的电路(图中也没画出)提供一个电压源通道。
此时注意到，如果保持功率要求，则振荡器2的频率将随着电容C7的放电而增加，从而向变压器T2的输入趋近于高频方波-该方波的周期接近于静态条件下振荡器尖峰输出的持续时间。
对于首次连接或重新连接或由于其它原因而产生低电压或零电压的情形，可能会导致微处理器1进入无法维持的状态，这时复位电路5(图1)便响应于上升电压以提供复位信号。该复位信号(在输入R15处接收)将导致微处理1以已知的方式“重新起动”。
这样，参考图5，运算放大器IC7通常由电阻R37(10兆欧)、R73(5.6兆欧)和R36(4.7兆欧)所提供的偏置而保持断开。随着±25伏线电压从零开始增加，二极管D25导通，从而导致正输入端电压的改变直到电容C37重新充电为止。这使得IC7的输出发生改变，这种改变以电压边沿形式通过C1A，从而导致R/S偏置(由10兆欧电阻R41提供)发生变化。这种变化便向微处理器1提供了复位信号。
将会发现，由滤波器7和电平检测器8组成的单音频检测电路可以加以改进以便检测双音频或多音频激活信号。因此，举例来说，对于DTMF型呼叫信号，可在AGC电路6的输出端加入适当调谐的第二滤波器。
尽管此处使用了齐纳二极管，但也可以用所谓硅稳定二极管作为等效元件进行替换。已经证明，使用硅稳定二极管代替齐纳二极管可减小电路的功率消耗。

Claims (9)

1、用于连接通信线路的装置，包括用以接收来自线路终端功率的直流/直流变换器，该变换器具有低功率第一工作模式和高功率第二工作模式，该变换器供电用以检测通信线路上是否存在预定激活信号的检测器，其特征在于：当检测到该信号存在时，变换器从第一工作模式切换到第二工作模式以便向第二检测器提供能源，该第二检测器在允许将该能源连接于其它电路之前检验激活信号的有效性。
2、根据权利要求1的用于连接通信线路的装置，其特征还在于直流/直流变换器包括振荡器和变压器，其中该振荡器用于产生切换至该变压器主绕组的直流电平以便将电源从通信线路转换到其它电路，而第一工作模式到第二工作模式一转换是通过提高振荡器频率而实现的。
3、根据权利要求2的用于连接通信线路的装置，其特征还在于在第一工作模式时，振荡器的输出为一系列正负电压尖峰，而在第二工作模式时，该输出接近方皮。
4、根据权利要求2或3的用于连接通信线路的装置，其特征还在于该变压器具有多个次绕组，其中第一次绕组提供输出功率以驱动振荡器，而第二次绕组提供输出功率用于检测器与其它电路。
5、根据权利要求4的用于连接通信线路的装置，其特征还在于用于检测器的输出功率由一对平衡次绕组中汲取。
6、根据上述任一项权利要求的用于连接通信线路的装置，其特征还在于该检测器包括增益控制装置、带通滤波器和信号电平检测器，该信号电平检测器在检测到预定激活信号时提供一输出信号以使得中断信号被送至处理器电路。
7、根据权利要求6的用于连接通信线路的装置，当依赖于权利要求2时其特征还在于当收到中断信号时，该处理器电路使振荡器的频率增加。
8、根据权利要求6或7的用于连接通信线路的装置，其特征还在于该检测器包括多个带通滤波器，从而可检测包含多个多音频的激活信号。
9、根据上述任一权利要求的用于连接通信线路的装置，其特征还在于备有响应于增加供电电压而以预定电压电平提供输出信号的装置，从而使可能受到低电压条件不良影响的电路被复位。
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