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【電源設計小貼士19】輕松創建多個負輸出電壓

發布時間:2013-02-17 責任編輯:abbywang

【導讀】因特網協議語音傳輸 (VoIP) 電話的出現帶來了對于生成多個高壓負輸出的需求,這些電壓軌用于驅動電話線路。然而,一個系統中可能會有多條電話線路,從而產生許多負載情況。如何才能輕松創建多個負輸出電壓?


當線路處在通話模式時,一般會有一個 –24V 輸出來提供環路電流,同時通常會有另外一個或兩個負輸出來驅動電話振鈴。有趣的是,就每條電話線路而言,這些負載相互排斥,也就是說您不能使電話同時響鈴和通話。然而,一個系統中可能會有多條電話線路,從而產生許多負載情況。這些系統通常由一個 12V 的電源供電,其已經與輸入功率隔離,因此一般不再需要二級隔離。功率電平一般低于 25W,調節要求通常在 3% 到 10% 范圍內。

反向拓撲結構看起來是這種應用的不二選擇。功率電平與反向拓撲結構一致。利用反向拓撲結構可輕松地生成多個高壓輸出,而反向拓撲結構已為人們所了解。但是,反向拓撲結構也存在諸多不足之處:該拓撲包括會過度振鈴的非鉗位電源開關電壓,;其通常需要一個二級輸出濾波器;零到滿負載的交叉調節不能為 3%。

圖 1 顯示了一種替代方法。您認識這種拓撲結構嗎?讓我們來研究這種拓撲結構具有的一些優點,假設所有負載僅為 -27V 輸出。

關閉開關,使 C16 鉗位控制電源開關 (Q1)。電源開關開啟時,輸出整流器 (D2) 由 C16 鉗位控制。因此,通常不會出現與反向拓撲結構相關的振鈴。另外,流經耦合電感的輸入及輸出電流可以為持續,這極大地簡化了輸入和輸出濾波器。這種拓撲結構是一款 C’uk 轉換器。普通工程師對這種拓撲結構不是很了解,這成為實施該拓撲結構的難點。這主要是因為只是偶爾使用 C’uk,抑或是工程師在大多數時候甚至都沒有考慮它。
 

圖 1 這種獨特的拓撲結構可提供非常好的交叉調節,奧妙何在?
圖1:這種獨特的拓撲結構可提供非常好的交叉調節,奧妙何在?

VoIP 電話的電源對成本、功耗都極為敏感,并且需要一定的 (5%) 交叉調節。它們都是一些大容量系統,具有較大的價格壓力。它們一般將電池作為備用電源,其每一瓦特都十分珍貴。需要對所有輸出進行較好地控制,以實現交叉負載并保護下游放大器。由于振鈴的存在,這一整套要求成為反向拓撲結構一個難題,并需要預負載或者額外的功率調節電路。表 1 顯示了 C’uk 轉換器在這種應用中具有優勢。

該表列出了極端條件負載極限的一些交叉調節結果。在本例中,利用流經 R17、R18 和 R20 的加權電流,輸出電壓同樣也得到了調節。這樣便聚集了誤差,同時提供比 5% 更佳的極限交叉調節,其沒有預負載或額外調節電路。通過增加該輸出的加權,我們可以進一步改善一個輸出的調節,從而負影響另一個輸出的調節。

即使假設 C’uk 轉換器沒有預負載,其效率也比反向拓撲結構好 2%。這是通過使用更低電壓的開關和二極管實現的,因為電路中缺少振鈴。

表 1 所有負載組合的輸出精確度都優于 5%
表1:所有負載組合的輸出精確度都優于 5%

總之,盡管一般不考慮使用 C’uk 轉換器,但 C’uk 轉換器的確非常適用于這種應用。這種應用要求:1)無隔離;2)正-負電壓轉換;3)多輸出;4)良好的交叉調節;5)高效率;以及6)低成本/最少組件數量。
 

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