Alimentazione alcuni suggerimenti (parte 19) – Creare agevolmente più tensioni di uscita negative

Dalla rivista:
Elettronica Oggi

 
Pubblicato il 24 aprile 2012

L’avvento dei telefoni basati sulla tecnologia VoIP (Voice over Internet Protocol) ha creato la necessità di generare più uscite negative a tensione elevata. Si impiegano quindi sistemi multirail per alimentare le linee telefoniche: in genere un’uscita a -24 volt eroga la corrente di anello quando è in corso una conversazione, e una o due uscite a tensione ancora più bassa servono per lo squillo del telefono. Val la pena di osservare che, per ciascuna linea telefonica, i carichi sono mutuamente esclusivi, ossia non è possibile far squillare il telefono e contemporaneamente parlare. Tuttavia, in un impianto possono esistere più linee telefoniche e ciò crea un certo numero di casi diversi di carico. Spesso questi impianti sono alimentati da una linea a 12 volt che è stata già isolata dalla potenza d’ingresso, per cui di solito non è necessario un secondo livello di isolamento. Di norma, i livelli di potenza sono minori di 25 watt e i requisiti di regolazione sono compresi nell’intervallo da 3 a 10 percento.

La topologia flyback sembra la scelta ovvia per questa applicazione. Oltre al fatto che il livello di potenza è coerente con un flyback, è facile generare più uscite a tensione elevata e il flyback è stato ormai analizzato in tutti i suoi dettagli. Tuttavia esistono alcuni problemi con il flyback: la topologia include tensioni sul Mosfet non clampate e che quindi possono causare elevate oscillazioni di tensione; in genere è necessario un filtro di uscita a due stadi e, infine, la regolazione incrociata da zero al massimo carico non sarà uguale a 3 percento.

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Fig. 1 – Questa insolita topologia (convertitore C’uk) offre un’ottima regolazione incrociata

La figura 1 mostra un approccio alternativo. Questa topologia potrebbe non essere immediatamente identificabile. Esaminiamone alcuni aspetti vantaggiosi, supponendo che l’intero carico consista della sola uscita a -27 volt.

Quando si apre il Mosfet (Q1), C16 ne fissa la tensione; quando invece il Mosfet è chiuso, è la tensione del raddrizzatore di uscita (D2) a essere fissata da C16. Quindi, le oscillazioni normalmente associate al flyback non sono presenti. Inoltre, le correnti di ingresso e di uscita attraverso l’induttore accoppiato possono essere continue e ciò semplifica notevolmente sia i filtri d’ingresso che quelli di uscita. Questa topologia corrisponde a un convertitore C’uk e il problema, per quanto riguarda la sua applicazione, è che un tipico ingegnere non la comprende bene, principalmente perché viene impiegata saltuariamente o perché nella maggior parte dei casi l’ingegnere non ne considera l’utilizzo.

Un alimentatore per telefoni VoIP ha costi estremamente variabili, è sensibile a perdite di potenza e ha bisogno di una ragionevole (5%) regolazione incrociata. Si tratta di sistemi a grandi volumi con notevoli pressioni sui prezzi. In genere sono dotati di batteria tampone quando ogni watt è importante. Ciascuna uscita deve essere controllata bene ai fini del carico incrociato e della protezione degli amplificatori a valle. Questa combinazione di requisiti rappresenta un problema per un flyback a causa delle oscillazioni e richiede precarichi o ulteriori circuiti di regolazione della potenza. Il convertitore C’uk eccelle in questa applicazione, come illustrato nella tabella 1.

tabella

Tab. 1 – La precisione all’uscita è migliore del 5% per tutte le combinazioni di carico

La tabella mostra i risultati della regolazione incrociata ai valori estremi di carico nel caso peggiore. In questo esempio, le tensioni di uscita sono regolate in modo uguale con correnti pesate attraverso R17, R18 e R20. Si centrano così gli errori e si ottiene una regolazione incrociata migliore del 5% agli estremi, senza precarichi né ulteriori circuiti di regolazione. Sarebbe possibile migliorare ancora di più la regolazione di un’uscita aumentandone il peso, influendo però negativamente sulla regolazione delle altre uscite.

L’efficienza risulta migliore del 2% rispetto a un flyback, anche assumendo che quest’ultimo non abbia alcun precarico. Questo grazie all’utilizzo di diodi e interruttori a tensione inferiore, in virtù della mancanza di oscillazioni nel circuito.

Riepilogando, sebbene spesso non venga preso in considerazione, il convertitore C’uk eccelle in questa applicazione che richiede: 1) assenza di isolamento, 2) conversione della tensione da positiva a negativa, 3) più uscite, 4) buona regolazione incrociata, 5) elevata efficienza e 6) numero minimo/basso costo dei componenti.

Questo problema è già stato illustrato nell’articolo “How to Make Residential Phones Regulate their own Power”, scritto da John Betten e dall’autore: http://www.edn.com/article/CA84883.html, prima che scoprissimo l’efficacia di questa topologia.

Il prossimo argomento della rubrica saranno le risposte non intenzionali dei circuiti risonanti.

Per ulteriori informazioni su questa e altre soluzioni per gli alimentatori, visitare: www.ti.com/power-ca.

Per contattare Robert Kollman: powertips@list.ti.com

Robert Kollman, Texas Instruments



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