CN1794738A - 馈电电路、提供不同馈电电压的方法以及前端馈电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种馈电电路、提供不同馈电电压的方法以及一种前端馈电装置。馈电电路包括电压转换电路、检测电路和反馈电路，所述反馈电路用于将检测电路输出的负载状态信号和电压转换电路输出的馈电电压反馈至电压转换电路的控制端。提供不同馈电电压的方法包括：检测负载状态，获取负载状态信号；将所述负载状态信号及当前馈电电压反馈至电压转换电路的控制端；电压转换电路根据所述控制端的信息，调整输出的馈电电压值。前端馈电装置包括开关电源转换器、用户线接口电路和反馈电路，反馈电路用于将用户线接口电路提供的电话状态信号和开关电源转换器提供的馈电电压反馈至开关电源转换器的控制端。

Description

馈电电路、提供不同馈电电压的方法以及前端馈电装置

技术领域

本发明涉及一种馈电电路及提供不同馈电电压的方法，本发明还涉及一种对电话提供不同馈电电压的前端馈电装置。

背景技术

随着IP技术的发展以及软交换技术的成熟，市场对IP电话的需求越来越大，鉴于IP通信的低成本和可增值服务，IP语音电话大有代替传统电话的趋势，IP语音网关的需求随之急速上升。IP语音网关用于将本地的语音或者传真业务通过IP网传到被呼叫端，本地电话接口称为FXS接口，其通常有4种工作状态：检测摘机状态、振铃状态、挂机传输状态(来电显示功能)以及摘机状态。为了简便，将前三种状态统称为挂机状态。对于挂机状态需要高电压(-60V)馈电，对于摘机状态则需要低电压(-24V)馈电。

目前市场大多数语音网关实现的馈电方案都是在用户线接口电路(SLIC)上提供-24V和-60V两种馈电电压，然后通过软件控制在所述两种电压间进行选择。请参阅图1，其为现有语音网关的馈电装置示意图。所述馈电装置包括电压转换电路11、用户线接口电路SLIC 12和电压选择控制器13，图中还示出了电话14。其中：

电压转换电路11，主要由开关电源控制芯片和一些辅助电路构成，用于将主机提供的-12V电源(或者其他电压直流输入)转换为-24V电压和-60V电压。

SLIC电路12，连接于电压转换电路11和电话14之间，它是一种用户线路接口电路，主要由SLIC芯片和一些辅助电路构成，用于实现对电话机的馈电以及电话机各种工作状态的检测和控制。SLIC电路12在电话摘机或挂机后，根据线路A和B产生的回流判断出电话的状态检测信号，并将电话14的状态上报给主机软件，主机则根据所报状态控制SLIC芯片选择相应的工作电压，这里将主机及相关软件称为电压选择控制器13。

电压选择控制器13，外围接口包括SLIC摘/挂机上报接口和SLIC状态置位接口，主要由CPU完成，还包括一些相关控制软件。电压选择控制器13在收到SLIC电路12送来的摘机/挂机检测信号后，通过控制SLIC芯片的工作状态使SLIC芯片在高低两种工作电压(-60V/-24)间进行选择。当电话摘机时SLIC芯片上报摘机检测信号，CPU随之向SLIC芯片发出选择低电压馈电的控制信号，进而SLIC芯片选择-24V馈电电压；挂机时SLIC芯片上报挂机检测信号，CPU随之向SLIC芯片发出选择高电压馈电的控制信号，进而SLIC芯片选择-60V馈电电压。

上述馈电方案中，由于SLIC电路12的电压选择完全由CPU及相关软件控制完成，而电压选择控制器13的软件在处理多任务(或者受到数据报文攻击)时反应迟缓甚至挂死，因此容易造成SLIC电路12不能及时工作在相应的正确电压下，导致电路不能正常工作。简而言之，馈电电压的改变容易较电话状态改变迟缓甚至不动作，严重时会造成电源和SLIC芯片烧毁。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种馈电电路、前端馈电装置以及一种提供不同馈电电压的方法，以解决现有馈电电压改变较负载状态改变容易迟缓的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种馈电电路，用于根据负载状态变化提供不同的馈电电压，包括电压转换电路和与其连接的用于检测负载状态的检测电路，还包括反馈电路，用于将检测电路输出的负载状态信号和电压转换电路输出的馈电电压反馈至电压转换电路的控制端。

优选的，所述电压转换电路的控制端是其内部比较器的正输入端。所述反馈电路包括连接于检测电路和所述比较器正输入端之间的第一反馈电阻，以及连接于电压转换电路的电压输出端和所述比较器正输入端之间的第二反馈电阻。

优选的，所述电压转换器的控制端是其内部比较器的负输入端。所述反馈电路包括连接于检测电路和所述比较器负输入端之间的第一反馈电阻，以及连接于电压转换器的电压输出端和所述比较器负输入端之间的第二反馈电阻。

优选的，所述第一反馈电组和第二反馈电阻为可调变阻器。

所述电压转换电路包括为所述控制端提供参考电压的基准电压源。

一种前端馈电装置，用于对电话的摘机/挂机状态提供不同的馈电电压，包括开关电源转换器和与其连接的用于检测电话状态的用户线接口电路，还包括反馈电路，用于将用户线接口电路提供的电话状态信号和开关电源转换器提供的馈电电压反馈至开关电源转换器的控制端。

一种提供不同馈电电压的方法，用于根据负载状态的变化，通过电压转换电路为负载提供不同的馈电电压，所述方法包括：

检测负载状态，获取负载状态信号；

将所述负载状态信号及当前馈电电压反馈至电压转换电路的控制端；

电压转换电路根据所述控制端信息，调整输出的馈电电压值。

所述方法还包括设置基准电压源，为电压变换器的控制端提供参考电压。

以上技术方案可以看出，本发明中，在电压转换电路和检测电路之间设置了反馈电路，将检测得到的负载状态信号和当前电压转换电路输出的馈电电压反馈至电压转换电路的控制端，使得电压转换电路直接根据负载状态信号调整输出电压，达到馈电电压的改变与负载状态改变同步的效果。因此，改善了现有通过CPU及相关软件控制馈电电压选择，导致馈电电压选择较负载状态改变迟缓的问题。

此外，将负载状态信号和当前电压转换电路输出的馈电电压，通过可调电阻器反馈至电压转换电路的比较器输入端，使得可以通过改变反馈电阻器的阻值，准确调整馈电电压值，以便适应不同检测电路芯片的需要。

附图说明

图1为现有馈电装置示意图；

图2为本发明公开的馈电电路实施例示意图；

图3为图2所示的实施例电路原理图；

图4为本发明公开的前端馈电装置实施例示意图；

图5为图4所示的实施例电路原理图；

图6为本发明公开的提供不同馈电电压方法的实施例流程图。

具体实施方式

本发明的核心思想是：将负载状态信号和当前馈电电压反馈至电压转换电路的控制端，当负载状态信号变化时，控制端接收到的负载状态信号引起当前输出的馈电电压变化，使得馈电电压变化与负载检测信号变化同步。

以下结合附图和具体实施例对本发明方案进行详细说明。

请参阅图2，其为本发明公开的馈电电路实施例示意图。

所述馈电电路包括电压转换电路21、检测电路22以及第一反馈电路23和第二反馈电路24。电源Vcc输入至电压转换电路21，经过电压转换电路21内部的电源驱动器以及升降压电路变换到需要值(馈电电压1或馈电电压2)，然后经过检测电路22提供给负载25。检测电路22具有检测负载状态的功能，其输出的负载状态信号通过第一反馈电路23反馈至电压转换电路21的控制端。此外，电压转换电路21输出的馈电电压1或馈电电压2经过第二反馈电路24也反馈至电压转换电路21的同一控制端。

所述电压转换电路21通常包括两部分：开关电源驱动器以及升降压电路。开关电源驱动器主要完成电压比较以及脉冲调制并且具有MOS管的驱动输出功能，升降压电路则根据驱动电路的输出驱动脉冲把电压由VCC变换到需要值。开关电源驱动器包括输入电压比较器，脉冲调制组合电路和驱动三级管。上文所述的电压转换电路21的控制端指的即为比较器输入端。所述输入端既可以是比较器的正输入端也可以是负输入端，主要取决于升降压电路中的MOS管采用的是NPN方式连接还是PNP方式连接，连接方式不同，第一反馈电路23和第二反馈电路24反馈至的输入端就不同。

所述检测电路22，通常由具有检测功能的芯片和辅助电路构成，用于检测负载25的状态信息。检测电路22可以通过判断环路电流(即A，B线上流过的电流)来输出负载状态信号，至于电流的阀值可以通过设定芯片参数进行设置。当环路电流超过阀值时，说明负载25处于第一工作状态，检测电路22输出逻辑0低电压；反之，说明负载25处于第二状态，检测电路22输出逻辑1高电压。

检测电路22输出的负载状态信号通过第一反馈电路23传输至电压转换电路21的比较器输入端，所述第一反馈电路包括第一反馈电阻(图中未示出)。电压转换电路21输出的馈电电压通过第二反馈电路24传输至电压转换电路21的比较器输入端，所述第二反馈电路包括第二反馈电阻(图中未示出)。上述第一反馈电路23和第二反馈电路24连接的比较器输入端为同一输入端，例如同为正输入端或同为负输入端。

所述电压转换电路21的内部还包含一个基准电压源，所述基准电压提供本地参考电压，所述参考电压通过第三电阻与上述两个反馈电路连接于同一比较器输入端。此外，所述参考电压还通过分压电阻连接于比较器的另一输入端，用于提供比较电压。

第一反馈电阻、第二反馈电阻以及第三电阻相当于构成一个运算电路，根据所需的两种状态下的电压值，在比较器输入端运用基而霍夫电流定律即可确定出第一反馈电阻和第二反馈电阻的具体阻值。因为检测电路使用的芯片不同，其输出的负载状态电压有微小差异，可以通过调整第一反馈电阻和第二反馈电阻的阻值，实现准确的馈电电压值。因此，还可以将第一反馈电阻和第二反馈电阻设置为可调变阻器，进行微小调节时十分方便。

请参看图3，其为图1所示馈电电路实施例的电路原理图，以便进一步说明本发明公开的馈电电路技术方案。本图中没有示出检测电路以及负载部分，而是直接给出检测电路通过对负载检测得到的负载状态信号V_det。负载有两种工作状态：状态1和状态2。不同状态下，负载需要的馈电电压值V_out不同。本实施例中假设状态1所需的馈电电压值是-60V，状态2所需的馈电电压值是-24V。当负载状态改变时，检测电路输出的负载状态信号V_det值也不同。

芯片31为TL494，是具有双路电压驱动的开关电源控制芯片，可以驱动产生两路独立的电压，也可以把两路合成一路，以增加电路驱动能力，本原理图即把两路驱动合二为一。因为大多数开关电源控制芯片工作原理都一致，这里不再赘述开关电源芯片工作原理，只对图中芯片管脚进行简单说明。其中，PIN 1、2、16、15为误差比较放大器的输入端，PIN 8、11、9、10为驱动三级管的相应输出端，PIN 14为基准电压(5.0V)输出端，PIN 5和PIN 6的管脚外接电容和电阻，组成RC振荡器以控制电路开关频率。PIN 3为电压补偿输入，PIN 4为电路内部参考脉冲波形控制电路。PIN 13为输出方式控制管脚，接地即把两路控制合二为一。

V_det为检测电路输出的负载状态信号电压。V_out为开关电源控制芯片31提供的馈电电压，通过检测电路供给负载使用。由于负载工作在不同状态需要的馈电电压不同，进而芯片31提供的V_out也应该是不相同的。V_det通过电阻Rs传输至芯片31的比较器负输入端，如果从输入的角度看，电阻Rs也可视为负载状态信号的输入电阻。当前V_out通过电阻Rf传输至芯片31的比较器负输入端。芯片31内部的输出参考电压V_ref通过电阻Rd连接于比较器的负输入端。此外，输出参考电压V_ref还通过分压电阻R1连接于比较器的正输入端，由于电阻R1的分压作用，使得输出参考电压V_ref在比较器正输入端提供的参考电压为2.5V，实际应用中同样可以调整为其他值。

现对电路进行具体分析：

图中NODE节点为开关电源误差输入端，平衡状态下维持V_node＝V_ref＝2.5V

对NODE节点进行分析，由基尔霍夫电流定律有Is+Id＝If，公式1

If＝(V_node-V_out)/Rf                        公式2

Is＝(V_det-V_node)/Rs                        公式3

Id＝(5V-V_node)/Rd                           公式4

将公式2、3、4及V_node＝2.5V带入公式1，取Rd＝20K，有

(2.5V-Vout)/Rf-(V_det-2.5V)/Rs＝0.125mA      公式5

现在对Rf、Rs进行取值，假设负载在工作状态1时需求的馈电电压是-24V，负载在工作状态2时需求的馈电电压是-60V，能够满足两种状态下的电压要求为：

V_det＝‘0’时，V_out＝-24V    工作状态1

V_det＝‘1’时，V_out＝-60V    工作状态2

假设检测电路芯片(图中未示出)采用Le9500，则V_det输出的高电压为3.2V，低电压为0.4V，将上述两组数值带入公式5得出一个二元方程组：

26.5V/Rf-(-2.1V)/Rs＝0.125mA

62.5V/Rf-(0.7V)/Rs＝0.125mA

解以上两个方程有：Rf＝428K    Rs＝33k

由上述可知，通过调整Rs，Rf的阻值可以很方便的调整输出电压值，不同芯片31的检测输出电压值有微小差异，可以通过修正Rf，Rs参数来实现准确的电压值。设置上述阻值的Rs和Rf后，所示电路在负载状态改变时，负载状态信号电压V_det随之改变，由于在本电路中采用了反馈电路，因而V_det电压值改变，会导致馈电电压V_out的改变。所以，通过本发明公开的馈电电路可以实现开关电源控制芯片提供的馈电电压与负载同步变化。

本发明还公开了一种前端馈电装置。所述前端馈电装置可以应用于IP语音网关中。IP语音网关用于将语音信号传到以太网，在连接普通电话机一侧，其FXS端口通常有4种工作状态：检测摘机状态、振铃状态、挂机传输状态(来电显示功能)以及摘机状态。为了简便，将前三种状态统称为挂机状态，。对于挂机状态需要高电压(-60V)馈电，对于摘机状态则需要低电压(-24V)馈电。

请参阅图4，其为本发明公开的前端馈电装置示意图。所述前端馈电装置包括开关电源转换器41、用户线接口电路42以及反馈电路44。所述开关电源转换器41包括电源驱动器以及升降压电路。其中，电源驱动器主要完成电压比较以及脉冲调制并且具有MOS管的驱动输出功能，升降压电路则根据驱动电路的输出驱动脉冲把电压由VCC变换到需要值。用户线接口电路42由SLIC芯片和辅助电路构成，用于对电话43进行检测控制，所述SLIC芯片有很多种，比如LE9500、AM79R79等。反馈电路44将用户线接口电路42检测得到的电话状态信号(摘机/挂机)传输至开关电源转换器41的控制端。

用户线接口电路42通过判断环路电流(即A，B线上流过的电流)来上报摘机检测信号，一般电流阀值为10mA左右(有些SLIC芯片可设)。当环路电流超过阀值时，说明电话已经摘机，SLIC上报摘机信号输出逻辑0低电压，反之，上报挂机输出逻辑1高电压。开关电源转换器正是根据SLIC“反馈”回来的摘机信号来控制输出电压。

请参阅图5，其为图4所示的前端馈电装置的电路原理图。所述前端馈电装置由四部分构成：开关电源驱动器51、Buck-Boost升降压电路52、SLIC芯片53以及由纯电阻组成的运算电路54。

开关电源驱动器51包括比较器55和驱动三极管56，主要完成电压比较以及脉冲调制并且具有MOS管的驱动输出功能，通常可以由开关电源控制芯片实现，比如TL494芯片或LTC3707芯片。升降压电路52在开关电源驱动器51的输出驱动脉冲的调制下将电压由VCC变换到需要值，并且把输出电压V_out反馈到运算电路54，同时SLIC芯片的线路状态检测输出作为电压反馈控制端。运算电路54与比较器55的负输入端相连，运算电路54的输入分三部分：

(1)升降电路52输出的馈电电压反馈端；

(2)SLIC芯片53的输出反馈控制端(在本电路里输出只有逻辑0和逻辑1两种电平值)；

(3)本地参考电压V_ref(开关电源芯片提供)。

根据电路基本原理，有U_＝U+＝u1；If+Is+Id＝0

通过上述公式，即可计算出Rf和Rs的阻值。上文已经做过详细描述，因而在此不再赘述。

所述运算电路中，包括三个电阻：Rf、Rs和Rd，其中，Rs用于将SLIC芯片输出的负载状态信号电压反馈至开关电源驱动器51的控制端(比较器55的负输入端)；Rf用于将升降压电路52的输出V_out反馈至开关电源驱动器51的控制端(比较器55的负输入端)；Rd用于将基准电压信号引入开关电源驱动器51的控制端。此外，电阻R1和R2将V_ref分压后的电压信号引入比较器55的正输入端。根据电路基尔霍夫电流定律：Is+Id+If＝0和比较器输入端平衡原理，即可算出Rf和Rs的阻值。由于馈电电压V_out完全通过硬件实现，跟随负载状态变化而变化，因此，实现馈电电压的变化与负载状态的变化同步，不会出现变化滞后现象。更不会对电源或用户线接口电路芯片造成烧毁。

本发明还公开了一种提供不同馈电电压的方法。请参阅图6，其为本发明公开的提供不同馈电电压的方法实施例流程图。所述方法用于根据负载状态的变化，通过电压转换电路为负载提供不同的馈电电压。

步骤601：检测负载状态，获得负载状态信号；

负载工作在不同状态下，所需要的馈电电压不同，可以通过检测电路对负载状态进行检测，从而获得负载状态信号。

步骤602：将所述负载状态信号及当前馈电电压反馈至电压转换电路的控制端；

电压转换电路通常包括两部分：电源驱动器以及升降压电路。电源驱动器主要完成电压比较以及脉冲调制并且具有MOS管的驱动输出功能，升降压电路则根据驱动电路的输出驱动脉冲把电压由VCC变换到需要值。电源驱动器主要包括比较器和驱动三级管，所述的电压转换电路控制端指的即为比较器输入端。所述输入端既可以是比较器的正输入端也可以是负输入端，这取决于升降压电路MOS管采用的是NPN方式连接还是PNP方式连接，连接方式不同，反馈信息反馈至的输入端就不同。将负载状态信号及当前馈电电压反馈至电压转换电路的控制端，可以通过电阻进行反馈。

步骤603：电压转换电路根据所述控制端的信息，调整输出的馈电电压值。

所述电压转换电路中设置有一个基准电压源，为电压变换器的控制端提供参考电压。于是所述控制端有三个信号信息：负载状态信号、当前馈电电压信号以及参考电压。根据基尔霍夫电流定律，当负载状态信号变化时，馈电电压就会随之改变。从而实现馈电电压随负载状态的改变而改变，而且完全通过硬件实现，因而两者同步变化。

以上对本发明所提供的馈电电路、前端馈电装置及提供不同馈电电压的方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1、一种馈电电路，用于根据负载状态变化提供不同的馈电电压，包括电压转换电路和与其连接的用于检测负载状态的检测电路，其特征在于，还包括：

反馈电路，用于将检测电路输出的负载状态信号和电压转换电路输出的馈电电压反馈至电压转换电路的控制端。

2、如权利要求1所述的馈电电路，其特征在于，所述反馈电路包括连接于检测电路和电压转换电路的控制端之间的第一反馈电阻，以及连接于电压转换电路的电压输出端和前述电压转换电路的控制端之间的第二反馈电阻。

3、如权利要求2所述的馈电电路，其特征在于，所述第一反馈电阻和第二反馈电阻为可调变阻器。

4、如权利要求1所述的馈电电路，其特征在于，所述电压转换电路的控制端是其内部比较器的正输入端或者负输入端。

5、如权利要求1所述的馈电电路，其特征在于，所述电压转换电路包括为所述控制端提供参考电压的基准电压源。

6、一种前端馈电装置，用于对电话的摘机/挂机状态提供不同的馈电电压，包括开关电源转换器和与其连接的用于检测电话状态的用户线接口电路，其特征在于，还包括：

反馈电路，用于将用户线接口电路提供的电话状态信号和开关电源转换器提供的馈电电压反馈至开关电源转换器的控制端。

7、如权利要求6所述的前端馈电装置，其特征在于：所述反馈电路包括连接于用户线接口电路和开关电源转换器的控制端之间的第一反馈电阻，以及连接于开关电源转换器的电压输出端和前述开关电源转换器的控制端之间的第二反馈电阻。

8、如权利要求6所述的前端馈电装置，其特征在于：所述开关电源转换器的控制端是其内部比较器的正输入端或者负输入端。

9、一种提供不同馈电电压的方法，用于根据负载状态的变化，通过电压转换电路为负载提供不同的馈电电压，其特征在于，所述方法包括：

检测负载状态，获取负载状态信号；

将所述负载状态信号及当前馈电电压反馈至电压转换电路的控制端；

电压转换电路根据所述控制端信息，调整输出的馈电电压值。

10、如权利要求9所述的提供不同馈电电压的方法，其特征在于，所述负载状态信号通过电阻反馈至电压转换电路的控制端，所述当前馈电电压通过电阻反馈至电压转换电路的控制端。

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