用于ADSL2+芯片组的2.2MHz降压或升压变换电源
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2006-06-09 00:00
前言:
过去几年来,ADSL标准沿着ADSL、ADSL2、ADSL2+以及“Extended Reach ADSL2”逐步演进,数据传输率增加到24Mbps,传输距离长达6660多米。ADSL2标准规定的下行频段上至1.1MHz,而ADSL2+为2.2MHz,使较短电话线上的数据传输率显著提升。图1和图2给出了不同标准所覆盖的带宽、数据速率和距离。当同一线束中传输多条ADSL业务时,ADSL2+也可用于降低串扰。
如图1所示,上行方向使用的频段为25kHz~138kHz,下行方向为138kHz~2.2MHz。这一频谱被分割成几个载波频带,每个频带分配了一定的比特量。每个载波频带的比特量取决于信噪比(SNR)。电源的开关频率对噪声基底有较大的影响,从而降低总比特率。在下行频带延伸至2.2MHz的ADSL2+中,我们需要控制所有电源的开关频率及其谐波,使其避开138kHz~2.2MHz频带。纹波的幅度和频率会同样地影响每个载波波段所能承载的比特量。2.2MHz的电源开关频率有两个优点。首先,它的基波和谐波都在ADSL2+频谱之上;第二,较高的开关频率降低了输出纹波的峰-峰值,即便使用低成本的陶瓷电容或铝电解电容也没有问题。
MAX5072专门设计用于ADSL2+调制解调器的电源管理。其目标是提供一个简洁、低成本的变换器,运行在ADSL2+频带之上,并能通过廉价的AC适配器来供电。它是一个双输出型DC-DC变换器,内部集成了高端N沟道功率MOSFET,每个变换器能工作在2.2MHz。
虽然单个变换器的输出纹波频率为2.2MHz,但每个变换器处于180°反相工作状态,使输入电容上的纹波频率加倍。这样一来减小了电容RMS电流和电容尺寸。图5和图6给出了双路输出DC-DC变换器的开关波形。
MAX5072的输入电压范围为4.5V~5.5V或5.5V~23V。用于为ADSL芯片组供电的电压包括1.2V, 1.8V, 2.5V和3.3V, 另外还有为线驱动器供电的5V或12V电压。MAX5072的两个变换器都可以配置成降压或升压变换器。这使MAX5072能够用于各种可能的电压变换。当输入输出压差较大时,要求电路以非常低的占空比运行。2.2MHz开关频率下的低占空比意味着非常短的最小可控导通时间。MAX5072的最小可控导通时间(tON-MIN)约为100ns。用下面的公式可计算出对于给定的输出电压,在没有发生跳脉冲的情况下所允许的最大输入电压(VIN-MAX)。
其中VD是肖特基整流管的正向压降(典型0.35V值),fSW为变换器的开关频率, tON-MIN为100ns。
同样,最大占空比限制(DMAX)影响着对于给定的输出电压,所允许的最小输入电压。用下面的公式可计算出为了获得要求的输出电压VOUT,降压转换器所需的最小输入电压(VIN-MIN)。
其中,DMAX至少为84%,VD为0.35V。
升压变换器所允许的最小输入电压取决于输出电压、峰值电流和电感值。
为了缓解最小导通时间问题或限制开关损耗,可以降低开关频率。但两个工作在反相状态的变换器频率不可能不同。同时,如果没有精心选择单个变换器的工作频率,将可能出现拍频。为了避免最小导通时间问题和功率消耗问题,MAX5072提供了一个频率选择(FSEL1)管脚。FSEL1接地时变换器1的开关频率减小到变换器2开关频率的一半,或内部振荡器频率的1/4。在这种情况下,变换器1工作在1.1 MHz,变换器2工作在2.2 MHz。输入电容上的纹波频率将会是变换器2开关频率的1.5倍,并且纹波波形不对称。
MAX5072为多DSL芯片组提供的功能
1 上电复位(/RESET\)——/RST\是开漏极输出,当任何一路输出电压低于额定稳定电压的92.5%时,它被拉低。若两组输出均已超过其额定稳定电压的92.5%,且两个变换器都已完成软启动过程,/RST\会在延时180ms后进入高阻态。
图7. RESET延时。复位延时在内部设置为140ms固定值。在两路输出均达到稳定并延时140ms之后,RESET变为高电平。CH1 = VOUT1,CH2 = VOUT2, CH3 = RESET, CH4 = Enable
2.掉电检测(PFI/PFO)——在调制解调器掉电之前,有些重要功能需要进行必要的善后处理。完成这些功能所需的时间称为保持时间。在VIN断开后,输入电容器上存有的电荷为变换器提供能量。保持时间(tHOLD)定义为:从输入电压降至低于VTRIP开始,到输入电压下降到下限VIN(MIN),以致输出电压脱离稳压范围之间的时间。用下面的公式可计算出要获得足够的保持时间,所需的电阻分压器和CIN。
其中 1和 2(典型值80%)分别为变换器1和变换器2的效率。
3.手动复位 (/MR)——基于微处理器的产品通常需要手动复位功能,从而允许操作者或外部逻辑电路对其进行复位。/MR\上的逻辑低电平可触发复位。当/MR为低时复位信号将保持有效,并在/MR\返回高电平后继续保持一个复位延时时间(tRP)。
图9. xDSL电源管理方案。输入: 9V~12V。输出: VOUT1 = 5V/550mA (最大1A), VOUT2 = 1.2V/550mA (最大1A)。输出1为输出2变换器提供电源。每个变换器的开关频率为2.2MHz高频开关电源变换器设计具有其复杂性,要求具备专业知识并需投入一定的设计精力。而使用高频开关带来了带宽的提升。文中给出的设计方案已在工作台上测试通过,可直接使用或作为一项新设计的基础。