- 饋電的基本原理
- 掛機饋電電路分析
- 摘機饋電電路分析
- 恒流源配合線性穩壓電路的饋電方式
以前使用的普通電話機只需要很小功率就可滿足正常通話的要求。它們利用交換機的饋電和簡單的并聯或串聯線性穩壓電路提供的幾毫安電流，驅動通話電路工作，而不用過多關心效率與過流保護的問題。
可是，對于現在很多新型多功能電話機、公用IC卡電話機或利用公用交換網進行遠程通信的小型設備來說，幾毫安的電源電流遠遠滿足不了需求。如果采用外部供電或電池供電，不但會增加成本，而且還會給用戶的使用帶來不便。最理想的方案是從線路饋電獲取系統電源。但是根據GB/T15297-2002標準，話機設備在掛機狀態下能獲取的電流只有500uA左右，在摘機狀態下能獲取的電流一般在18mA至80mA之間，另外線路阻抗的變化范圍也很大，在惡劣狀況下會達到1千多歐姆，這時如果采用傳統電源電路肯定無法獲得足夠的功率。
饋電的基本原理
交換機采用電壓或電流饋電方式向用戶電路提供的電壓一般為48V，掛機時的饋電電流一般小于500uA，摘機時的饋電電流在18mA至80mA之間。由此可見，在掛機狀態下，用戶電路能得到的電流是相當有限的。可喜的是，如今單片機的低功耗技術取得了長足的進步，例如TI的MSP430單片機能在幾十微安的電流下工作。但是在掛機狀態下，電話線上的智能設備仍然需要盡可能關閉多余的功能(如液晶顯示等)以免產生過流，導致交換機方誤判電話終端故障。
摘機狀態下的饋電電流也是有限的。對于一定的線路阻抗，用戶電路能從摘機電話線上獲得的輸入功率取決于所取電壓。如果不考慮通訊要求，當所取電壓為交換機電源電壓的1/2或者輸入電阻與線路阻抗相匹配時，用戶電路能獲得功率最大。但這樣做會導致環路電阻過大，影響正常通訊，因此實際所取電壓要低得多。這時所獲得的功率幾乎正比于所取電壓，因而獲得大功率電源的唯一辦法就是在滿足正常通訊對環路阻抗要求的情況下盡量提高輸入電壓。
但是，利用這種方法獲得的輸入功率還不能直接供電路使用，因為它只提高了電壓，并未增加電流，還需要通過高效率的開關型DC/DC轉換器進行功率轉換，得到一個低電壓、大電流的輸出功率。
掛機饋電電路
圖1：掛機饋電電路(恒流源配合線性穩壓電路)。
在掛機狀態下有多種饋電方式，恒流源配合線性穩壓電路的饋電方式是常用的一種，圖1給出了這種饋電方式的電路結構。在該電路中，電橋用來做極性保護，其后的一個恒流源電路與通訊電路并接。電流大小基本由R1決定，約為300uA，這是為了在保證掛機電源供應的同時，不會因為漏電過大而導致交換機方誤判電話終端故障。由于電流太小，所以無法使用效率更高的開關電源。通訊電路一般采用變壓器耦合以消除對地的不平衡，但如果電路允許，也可采用通訊電路與電橋共地的連接方式來簡化電路。
摘機饋電電路
圖2：摘機并聯饋電電路。
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摘機饋電電路大致分為兩類，饋電電路與通訊電路并聯的屬于并聯饋電，饋電電路與通訊電路串聯的屬于串聯饋電。圖2是一種常用的并聯饋電電路，大電感L1保證直流饋電不會影響交流信號。對于惡劣的線路狀況，如5km長的用戶線路，若不考慮通訊電路的影響，齊納管D5上的電壓最大為15V，功率可達340mW。當線路狀況更加惡劣時，將齊納管D5上的電壓降低到13V，則可獲得300mW左右的功率。利用MAXIM公司的開關頻率為600KHz，效率可達95％的高效DC/DC轉換器MAX1685，將這個電壓轉換成3.3V就可獲得85mA的電源電流。
這種電路工作穩定可靠，但也存在幾個缺點：一是有部分電流經過通訊電路環路流回線路，沒有被電源模塊充分利用；二是并聯的電感對通訊電路的交流信號有影響；三是大電感的體積龐大，對很多便攜式設備的設計者來說是不可接受的；另外，大電感的寄生電阻也會影響電源效率。因此，圖2中的大電感常常被圖3中的電子電感或恒流源所代替。這雖然可以解決電感體積過大的問題，但由于采用了三極管，所以不可避免地存在1V以上的固定壓降，使整個電源的效率降低。
圖3:(a)等效電感電路；(b)簡化的電子電感；(c)恒流源。
圖4：摘機串聯饋電電路。
如果像圖4那樣將饋電電路與通訊電路串聯，就成了串聯饋電電路。串聯饋電電路的最大優點是可以利用整個環路電流為系統供電。此外，由于電路是串聯的，所以不需要大電感，只需幾十毫亨的電感進行電源濾波，這能有效克服并聯饋電難以解決的問題，因而被大多數工程師采用作為IC電話等設備的電源。該電路可以很好地工作在惡劣的線路狀況中，即使用戶線路等效長度超過7km，電壓降低到10V，也可獲得280mW左右的功率。
由于電源電路與通訊電路串聯，輸入阻抗較大，為盡量降低通訊電路的阻抗，通常采用變壓器耦合方式。但這也產生了一個問題，因為交流信號和直流電源電流都流經變壓器，所以對變壓器提出了更高要求。不僅要求變壓器有足夠大的感抗、良好的線性度，還需要有較小的直流阻抗、良好的散熱性，并能承受100mA的電流，且在較大的電流范圍內(18～80mA)保持穩定的感抗和線性度。這樣的要求對線圈變壓器來說是非常苛刻的。
本文分析的幾種饋電電路有各自的優缺點和適用范圍，通常需要根據實際應用場合選用不同的饋電電路，而且一個應用場合一般需要的饋電電路不只一種，經常是以上幾種電路的組合或變種。當然在有的應用中，饋電電路與通訊電路巧妙地做在了一起，既完成饋電又完成通訊功能，這樣雖然有利于縮小體積、降低成本，但不利于調試和供后人借鑒，所以本文沒有討論這種饋電方式。
