电源设计小贴士 19：轻松创建多个负输出电压

电源之家 | 2011-06-09 16:43:03 阅读：861

关键词：电源设计小贴士、电源管理、因特网协议语音传输、VoIP、C’uk 转换器、模拟、半导体、电源、Robert Kollman、德州仪器、TI

电源设计小贴士 19：轻松创建多个负输出电压

作者：Robert Kollman，德州仪器 (TI)

因特网协议语音传输 (VoIP) 电话的出现带来了对于生成多个高压负输出的需求，这些电压轨用于驱动电话线路。当线路处在通话模式时，一般会有一个 –24V 输出来提供环路电流，同时通常会有另外一个或两个负输出来驱动电话振铃。有趣的是，就每条电话线路而言，这些负载相互排斥，也就是说您不能使电话同时响铃和通话。然而，一个系统中可能会有多条电话线路，从而产生许多负载情况。这些系统通常由一个 12V 的电源供电，其已经与输入功率隔离，因此一般不再需要二级隔离。功率电平一般低于 25W，调节要求通常在 3% 到 10% 范围内。

反向拓扑结构看起来是这种应用的不二选择。功率电平与反向拓扑结构一致。利用反向拓扑结构可轻松地生成多个高压输出，而反向拓扑结构已为人们所了解。但是，反向拓扑结构也存在诸多不足之处：该拓扑包括会过度振铃的非钳位电源开关电压，；其通常需要一个二级输出滤波器；零到满负载的交叉调节不能为 3%。

图 1 显示了一种替代方法。您认识这种拓扑结构吗？让我们来研究这种拓扑结构具有的一些优点，假设所有负载仅为 -27V 输出。

关闭开关，使 C16 钳位控制电源开关 (Q1)。电源开关开启时，输出整流器 (D2) 由 C16 钳位控制。因此，通常不会出现与反向拓扑结构相关的振铃。另外，流经耦合电感的输入及输出电流可以为持续，这极大地简化了输入和输出滤波器。这种拓扑结构是一款C’uk转换器。普通工程师对这种拓扑结构不是很了解，这成为实施该拓扑结构的难点。这主要是因为只是偶尔使用C’uk，抑或是工程师在大多数时候甚至都没有考虑它。

图 1 这种独特的拓扑结构可提供非常好的交叉调节，奥妙何在？

VoIP 电话的电源对成本、功耗都极为敏感，并且需要一定的 (5%) 交叉调节。它们都是一些大容量系统，具有较大的价格压力。它们一般将电池作为备用电源，其每一瓦特都十分珍贵。需要对所有输出进行较好地控制，以实现交叉负载并保护下游放大器。由于振铃的存在，这一整套要求成为反向拓扑结构一个难题，并需要预负载或者额外的功率调节电路。表 1 显示了C’uk 转换器在这种应用中具有优势。

该表列出了极端条件负载极限的一些交叉调节结果。在本例中，利用流经 R17、R18 和 R20 的加权电流，输出电压同样也得到了调节。这样便聚集了误差，同时提供比 5% 更佳的极限交叉调节，其没有预负载或额外调节电路。通过增加该输出的加权，我们可以进一步改善一个输出的调节，从而负影响另一个输出的调节。

即使假设 C’uk 转换器没有预负载，其效率也比反向拓扑结构好 2%。这是通过使用更低电压的开关和二极管实现的，因为电路中缺少振铃。

V_IN	I_IN	–27V (V)	–27I (A)	–53V (V)	–53I (A)	–100V (V)	–100I (A)	Po (W)	Eff
12.42	0.019	26.63	0	52.6	0	99.0	0	0
12.06	2.287	26.58	0	52.7	0	99.2	0.246	24.40	88.5%
12.05	2.413	26.21	0	51.8	0.5	101.6	0	25.92	89.1%
12.06	2.374	25.90	1.002	52.6	0	101.8	0	25.95	90.6%

	Max Vo	26.63		52.7		101.6
	Min Vo	25.90		51.8		99.0

表 1 所有负载组合的输出精确度都优于 5%

总之，尽管一般不考虑使用 C’uk 转换器，但 C’uk 转换器的确非常适用于这种应用。这种应用要求：1）无隔离；2）正-负电压转换；3）多输出；4）良好的交叉调节；5）高效率；以及6）低成本/最少组件数量。

如欲了解这一论题之前的有关探讨，请参见《如何让住宅电话调节其功率》，该文章由我和 John Betten 共同撰写完成，网址：http://www.edn.com/article/CA84883.html。读完这篇文章之后，我们发现这种拓扑结构是如此的高效。

下次，我们将探讨意外谐振响应，敬请期待。

如欲了解本文章内容及其他电源解决方案的更多详情，敬请访问：www.ti.com.cn/power。

*博客内容为网友个人发布，仅代表博主个人观点，如有侵权请联系工作人员删除。