电源设计小贴士19：如何高效创建多个负输出电压

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？

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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。

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。读完这篇文章之后，我们发现这种拓扑结构是如此的高效。

下期，我们将探讨意外谐振响应，敬请期待。

作者：Robert Kollman
德州仪器(TI)