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用于二線制總線對講系統供電的電子電感電路及其設備.pdf

摘要
申請專利號:

CN201280044146.5

申請日:

2012.04.16

公開號:

CN103782580B

公開日:

2015.01.07

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 專利權的轉移IPC(主分類):H04M 19/00登記生效日:20180508變更事項:專利權人變更前權利人:ABB技術有限公司變更后權利人:ABB瑞士股份有限公司變更事項:地址變更前權利人:瑞士蘇黎世變更后權利人:瑞士巴登|||授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H04M 19/00申請日:20120416|||公開
IPC分類號: H04M19/00; H03H11/48 主分類號: H04M19/00
申請人: ABB技術有限公司
發明人: 周大林; 張仰鵬; 劉名元
地址: 瑞士蘇黎世
優先權:
專利代理機構: 北京邦信陽專利商標代理有限公司 11012 代理人: 王昭林
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201280044146.5

授權公告號:

|||103782580B||||||

法律狀態公告日:

2018.05.25|||2015.01.07|||2014.06.11|||2014.05.07

法律狀態類型:

專利申請權、專利權的轉移|||授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

用于二線制總線對講系統的供電的電子電感電路及其設備。電子電感電路包括主電路通路、電阻器(R1)和續流二極管(D1)、以及次級電路通路;主電路通路沿所述電子電感電路的輸入端子(AI)和輸出端子(AO)之間的電感器(LI)以及FET(Q1)的源端子(S)和漏端子(D),其中,所述電感器連接到所述FET的所述源端子;電阻器(R1)和續流二極管(D1)分別并聯連接到所述電感器;次級電路通路在所述輸入端子和所述輸出端子之間沿與第二電阻器(R2)串聯連接的電容器(C1),次級電路通路并聯連接到所述主電路通路。電子電感電路的解決方案實現了二線制對講系統的更大的直流電流供電能力:獲得穩定的交流阻抗的同時,獲得更快速的直流響應。

權利要求書

權利要求書
1.  用于二線制總線對講系統的供電的電子電感電路,其中,所述電子電感電路包括:
主電路通路,所述主電路通路沿所述電子電感電路的輸入端子和輸出端子之間的電感器以及FET的源端子和漏端子,其中,所述電感器連接到所述FET的所述源端子;
分別并聯連接到所述電感器的電阻器和續流二極管;以及
次級電路通路,所述次級電路通路在所述輸入端子和所述輸出端子之間沿與第二電阻器串聯連接的電容器,所述次級電路通路并聯連接到所述主電路通路。

2.  根據權利要求1所述的電子電感電路,其中,所述電感器和所述FET串聯連接。

3.  根據權利要求1所述的電子電感電路,其中,所述電子電感電路進一步包括第二二極管,所述第二二極管并聯連接到所述FET的所述源端子和所述漏端子。

4.  根據權利要求1所述的電子電感電路,其中,所述電容器和所述第二電阻器之間的節點與所述FET的柵極端子連接。

5.  根據權利要求1所述的電子電感電路,其中,所述FET是P溝道FET。

6.  根據權利要求5所述的電子電感電路,其中,所述P溝道FET的漏端子連接到所述輸出端子。

7.  根據權利要求6所述的電子電感電路,其中,所述電感器連接在所述輸入端子和所述P溝道FET的源端子之間。

8.  根據權利要求1所述的電子電感電路,其中,所述FET是N溝道FET。

9.  根據權利要求8所述的電子電感電路,其中,所述N溝道FET的源端子連接到所述輸入端子。

10.  根據權利要求9所述的電子電感電路,其中,所述電感器連接在所述N溝道FET的源端子和所述輸出端子之間。

說明書

說明書用于二線制總線對講系統供電的電子電感電路及其設備
技術領域
本發明涉及對講系統技術領域,更具體地,涉及用于二線制總線對講系統供電的電子電感電路及其設備。
背景技術
為了實施二線制視頻對講系統,直流電源、視頻載波信號、音頻信號以及指令數據信號必須同時在公共二線制總線上傳輸。因此,系統供電的供電電路及其設備必須包括與公共總線串聯連接的電感元件,電感元件允許直流電通過同時還抑制交流信號。然而,若電感線圈被用作電感元件則音頻信號頻率低至300Hz,這對于本領域技術人員來說屬于常識。為了達到足夠的阻抗以及供電能力,這種電感器的尺寸將變得非常大。通常,電子電感電路可以用來代替電感線圈以減小其尺寸。由于傳統電感電路具有在主電流通路上串聯的交流電反饋電阻器,直流電供電能力和交流阻抗受到限制,因此,二線制視頻對講系統的尺寸受到限制。
特別地,US6087823A公開了一種傳統電子電感電路。圖1和圖2分別示出一種傳統的電子電感電路。如圖1所示,電子電感電路EL1包括P溝道FET Q1、電阻器R1、R2以及電容器C1,其中,端子AI作為輸入端子并且端子AO作為輸出端子。在端子AI和AO之間,沿P溝道FET Q1的漏端子D和源端子S以及串聯連接的電阻器R1形成主電流通路。在端子AI和AO之間,電阻器R2和電容器C1串聯連接,串聯連接的電阻器R2和電容器C1并聯連接到主通路。此外,電阻器R2和電容器C1之間的連接節點B1連接到FET Q1的柵極端子。
以圖1為例,將AI連接到穩定的直流電供電并將AO連接到設備負載時,電容器C1兩端的電壓無法瞬變地發生變化,即UC1=0,UGS=0并且Q1仍然關斷。通過設備負載UAI-UAO=UAI=UR2,AO的電壓將降到參考GND,于是電阻器R2對C1充電。當C1兩端的電壓大于FET Q1的柵極閾值電 壓時,Q1開始導通。當電流I1達到設備負載所要求的電流值時,電容器C1的充電將停止并且UGD=0,因此,電子電感電路EL1的電壓降由如下等式(1)表示:
UEL1=UAI-UAO=UR1+USG=I1*R1+USG   (1)
接下來,關于電子電感電路EL1的交流阻抗,如果在端子AO處產生波動電壓ΔU,則C1兩端的波動電壓是ΔUC1=ΔU*ZC1/(R2+ZC1)。同時,ΔUC1=ΔUSG+ΔUR1=ΔI1/gm+ΔI1*R1,于是ΔU*ZC1/(R2+ZC1)=ΔI1/gm+ΔI1*R1。因此,端子AI和AO之間的交流阻抗ZEL1由如下等式(2)表示:
ZEL1=(R1+ZQ1)//(R2+ZC1)={(1+R1*gm)/gm}*{(R2+ZC1)/ZC1}//(R2+ZC1)   (2)
其中,ZC1=1/(j*ω*C1)=1/(j*2*π*f),“gm”表示FET Q1的跨導。
當電子電感電路EL1允許直流電通過時,優選的是使由等式(1)表示的電壓降UEL1很小并且直流電快速響應,電壓降UEL1由等式(1)表示。另一方面,由等式(2)表示的交流阻抗ZEL1應比對講系統的電纜環線電阻足夠大,而且,其不隨直流電的變化而變化。
圖2示出與圖1相似的電子電感電路EL2。主要區別在于:使用電子電感電路EL1中的N溝道FET代替圖1中的P溝道FET Q1。相應地,圖2中的電路的每個部分與圖1中的每個部分相反地布置。按照這種方式,上文描述的等式(1)和(2)還可以分別適合于表示電子電感電路的端子AI和AO之間的電壓降和交流阻抗。
根據上文的描述,對本領域技術人員來說,很顯然,由上文的等式(1)所表示的電子電感電路EL1的端子AI和AO之間的電壓降UEL1是在電流是I1期間R1兩端的電壓降與USG的和。通常,可以選擇具有合適的UGS的FET,使得FET源端子和漏端子之間的電壓降USD同樣合適,因此,在總線傳輸的音頻信號不會產生失真并且電壓不會太大。但是R1兩端的電壓降線性成比例于R1和I1的值,當需要大型對講系統并且許多視頻對講設備并聯連接到公共總線時,直流電流I1將變得非常大;R1的電壓降也變得非常大,這意味著R1的消耗將變得很大。
為了減小電壓降和R1的消耗,R1必須非常小。但是根據等式(2),如果R1不夠大,則ZEL1也成比例于R1的值。如果R1沒有被充分的減小,則ZEL1不足。根據等式(2),如果R1不夠大,則ZEL1發生變化并且取決于 FET Q1的跨導gm。由于gm受到穿過Q1的直流電IL的影響,所以,ZEL1隨著直流電IL的增大而減小。如果期望直流電流大于1A,則ZEL1對于音頻信號傳輸是不足的。
此外,對于以300Hz的低頻傳輸的音頻信號,ZEL1必須是充足的,但是根據等式(2),ZEL1與頻率具有一階頻響關系。因此,隨著頻率從300Hz到降低,ZEL1慢慢減小,這意味著電子電感電路對于直流電供電響應非常慢。
總之,根據等式(2),R1的電阻必須足夠大以在具有用于交流電反饋的電阻元件的傳統電子電感電路中實現充足的交流阻抗,同時,根據等式(1),R1的電阻必須足夠小以實現足夠低的電壓降和功率消耗。因此,包括上文提到的現有技術的現存解決方案無法同時提供大的直流電流和充足的交流阻抗。由于上述問題,本發明提出用于二線制總線對講系統的供電的電子電感電路及其設備。
發明內容
本發明的主要目的是提供用于電子電感電路的具有足夠大的交流阻抗的大直流電流。因此,本發明提供用于二線制總線對講系統的供電的電子電感電路及其設備。
根據本發明的一個方面,本發明提供用于二線制總線對講系統的供電的電子電感電路。電子電感電路包括:主電路通路、電阻器和續流二極管、以及次級電路通路;主電路通路沿電子電感電路的輸入端子和輸出端子之間的電感器以及FET的源端子和漏端子,其中,電感器連接到FET的源端子;電阻器和續流二極管分別并聯連接到電感器;次級電路通路在輸入端子和輸出端子之間沿與第二電阻器串聯連接的電容器,次級電路通路并聯連接到所述主電路通路。
根據本發明另一個優選的實施例,電感器和FET串聯連接。
根據本發明另一個優選的實施例,電子電感電路進一步包括第二二極管,第二二極管并聯連接到FET的源端子和漏端子。
根據本發明另一個優選的實施例,電容器和第二電阻器之間的節點與FET的柵極端子連接。
根據本發明另一個優選的實施例,FET是P溝道FET。
根據本發明另一個優選的實施例,P溝道FET的漏端子連接到輸出端子。
根據本發明另一個優選的實施例,電感器連接在輸入端子和P溝道FET的源端子之間。
根據本發明另一個優選的實施例,FET是N溝道FET。
根據本發明另一個優選的實施例,N溝道FET的源端子連接到輸入端子。
根據本發明另一個優選的實施例,電感器連接在N溝道FET的源端子和輸出端子之間。
本發明的實施例提供用于二線制總線對講系統的供電的電子電感電路及其設備,實現了二線制對講系統的更大的直流電流供電能力:獲得穩定的交流阻抗的同時,獲得快速直流供電響應。
附圖說明
在下文的描述中,將參考附圖中示出的優選示例性實施例對本發明的主題進行更加詳細的說明,其中:
圖1示出一種根據現有技術的具有P溝道FET的傳統電子電感電路的電路圖;
圖2示出另一種根據現有技術的具有N溝道FET的電子電感電路的電路圖;
圖3示出一種根據本發明優選實施例的用于二線制總線對講系統的供電的具有P溝道FET的電子電感電路的電路圖;以及
圖4示出一種根據本發明另一個實施例的用于二線制總線對講系統的供電的具有N溝道FET的電子電感電路的電路圖。
具體實施方式
下文將結合附圖對本發明示例性實施例進行描述。出于清楚和簡潔的目的,說明書中不對實際實施的所有特征進行描述。
本發明提供具有低消耗功率的電子電感電路;同時,這種電子電感 電路還實現穩定的交流阻抗,該穩定的交流阻抗不根據直流電變化而變化。因此,本發明提供用于二線制總線對講系統的供電的電子電感電路,其中,該電路包括:主電路通路、電阻器和續流二極管、以及次級電路通路;主電路通路沿所述電子電感電路的輸入端子和輸出端子之間的電感器以及FET的源端子和漏端子,其中,所述電感器連接到所述FET的所述源端子;電阻器和續流二極管分別并聯連接到所述電感器;次級電路通路在所述輸入端子和所述輸出端子之間沿與第二電阻器串聯連接的電容器,次級電路通路并聯連接到所述主電路通路。
例如,圖3示出一種根據本發明優選實施例的用于二線制總線對講系統的供電的具有P溝道FET的電子電感電路的電路圖。
如圖3所示,電子電感電路EL2包括電容器C1、電阻器R1、電感線圈L1、續流二極管D1、第二電阻器R2、P溝道FET Q1以及第二二極管。詳細地,電子電感電路的輸入端子AI和輸出端子AO之間的主電路通路沿電感器L1以及P溝道FET Q1的源端子和漏端子,電感器L1與FET Q1串聯連接。此外,電感器L1連接在AI端子和FET Q1的源端子之間,電阻器R1和續流二極管D1分別并聯連接到電感器L1,所述P溝道FET Q1的漏端子連接到輸出端子,電容器C1和第二電阻器R2之間的連接節點B1連接到P溝道FET Q1的柵極端子。電子電感電路進一步包括第二二極管,第二二極管并聯連接到所述FET的所述源端子和所述漏端子。這種第二二極管是嵌入MOSFET中的普通二極管,被配置成防止VDS發生過電壓。
以圖3的實施例作為示例,R1是電路的交流阻抗的關鍵因素,并且可以被設置為大約4.7Ω。在實際的實施例中,電路的交流阻抗最大大約為2kΩ。關于電感器L1,應當選擇電感器L1以使交流阻抗ZL=2*π*f*L在300~3400Hz頻率下遠大于4.7Ω。對于電容器C1,該值應能確保大約300Hz的濾波器截止頻率。將AI連接到穩定的直流電供電并將AO連接到設備負載(即電流負載)時,電容器C1兩端的電壓無法瞬變地發生變化。即UC1=0,UGS=0,并且Q1仍然關斷。通過設備負載UAI-UAO=UAI=UR2,AO的電壓降至參考GND,于是電容器C1由電阻器R2進行充電。當C1兩端的電壓大于FET Q1的柵極閾值電壓時,Q1開始導通。當電流I1達到設備負 載所需的電流值時,電容器C1的充電停止并且UGD=0,因此,電子電感EL2的電壓降是UEL2=UAI-UAO=UZ1+USG。
由于電感線圈L1的直流電阻值遠小于附加的電阻器R1,所以,Z1的交流阻抗主要由電感線圈L1決定,即Z1=RL1//R1≈RL1;因此,電子電感EL2的電壓降由如下的等式(3)表示:
UEL2=UAI-UAO=I1*RL1+USG   (3)
其中,電感線圈的直流電阻值相比于電阻器R1的電阻值足夠小,即Z1=RL1//R1≈RL1。
接下來,關于電子電感EL2的交流阻抗,如果在端子AO處發生電壓波動ΔU,則C1兩端的電壓波動是ΔUC1=ΔU*ZC1/(R2+ZC1)。同時,ΔUC1=ΔUSG+ΔUR1=ΔI1/gm+ΔI1*Z1,于是ΔU*ZC1/(R2+ZC1)=ΔI1/gm+ΔI1*Z1;因此R1+ZQ1=ΔU/ΔI1=(1+Z1*gm)*(R2+ZC1)/(ZC1*gm)={(1+Z1*gm)/gm}*{(R2+ZC1)/ZC1}
由于電感線圈L1的交流阻抗值比附加的電阻器大得多,因此,Z1的交流阻抗由附加的電阻器R1決定,即Z1=RL1//R1≈R1,于是R1+ZQ1=ΔU/ΔI1=(1+Z1*gm)*(R2+ZC1)/(ZC1*gm)≈{(1+R1*gm)/gm}*{(R2+ZC1)/ZC1}
因此,端子AI和AO之間的交流阻抗ZEL2由如下的等式(4)表示:
ZEL2=(R1+ZQ1)//(R2+ZC1)
={(1+Z1*gm)/gm}*{(R2+ZC1)/ZC1}//(R2+ZC1)
≈{(1+R1*gm)/gm}*{(R2+ZC1)/ZC1}//(R2+ZC1)   (4)
其中,ZC1=1/(j*ω*C1)=1/(j*2*π*f),并且“gm”表示FET的跨導。
當電子電感電路EL2允許直流電通過時,優選的是使由等式(3)表示的電壓降UEL2很小并且直流電快速響應。另一方面,由等式(4)表示的交流阻抗ZEL1應比對講系統的電纜環路電阻足夠大,而且,該交流阻抗ZEL1不根據直流電的變化而變化。
對本領域技術人員來說,很顯然,電子電感電路EL2可以使用N溝道FET代替P溝道FET構建相似的電路作為二線制總線對講系統的供電。
圖4示出一種根據本發明另一個實施例的用于二線制總線對講系統的供電的具有N溝道FET的電子電感電路的電路圖。
如圖4所示,電子電感電路的元件(除了N溝道FET Q1)與圖3中 的元件相似;因此,電子電感電路的輸入端子AI和輸出端子AO之間的主電路通路沿N溝道FET Q1的漏端子和源端子以及電感器L1,并且FETQ1和電感器L1串聯連接。此外,電感器L1連接在FET Q1的源端子和AO端子之間,電阻器R1和續流二極管D1分別并聯連接到電感器L1,所述N溝道FET Q1的漏端子連接到輸入端子AI,電容器C1和第二電阻器R2之間的連接節點B1連接到N溝道FET Q1的柵極端子。電子電感電路進一步包括第二二極管,第二二極管并聯連接到所述FET的所述源端子和所述漏端子。
總之,圖4中所示的電路與圖3中的電路對稱。使用圖4中所示的電路,端子AI和AO之間的電壓降和交流阻抗也適用于分別由等式(3)和(4)所表示。
根據本發明的另一方面,其提供一種設備,該設備包括上文提到的電子電感電路。此外,其還提供一種對講系統,該對講系統實現用于二線制對講系統的更大的直流電流供電,并且二線制對講系統的容量可以更大。
相比于現存的現有技術,本發明提出的解決方案包括具有附加電阻器和續流二極管作為交流電反饋元件的電感線圈。根據等式(3)和(4),根據本發明的電子電感電路的直流電壓降和交流阻抗不會相互限制,因此,用于二線制總線對講系統的供電的該電子電感電路及其設備可以實現具有充足的交流阻抗的大的直流電供電。
盡管已經根據一些優選的實施例對本發明進行了描述,但是,本領域技術人員應當理解這些實施例絕對不應限制本發明的范圍。在不背離本發明精神和理念的情況下,對實施例做出的任何改變和修改都應在具有本領域普通知識和技術的人員的理解范圍內,從而落入由所附權利要求所限定的本發明的范圍內。

關 鍵 詞:
用于 二線 總線 對講 系統 供電 電子 電感 電路 及其 設備
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