雙極，單輸出和可調(diào)節(jié)電源基于普通的降壓轉(zhuǎn)換器
出處：維庫電子市場網(wǎng) 發(fā)布于：2025-03-21 17:11:32 | 410 次閱讀
這也相對容易 - 僅將一個實驗室通道的正終端連接到另一個通道的負(fù)端子，并調(diào)用該GND。其他兩個終端分別是正供應(yīng)和負(fù)供應(yīng)。結(jié)果是具有可用GND，正和負(fù)電壓水平的三端雙極電源。由于使用了三個端子，因此必須在電源下游的正供應(yīng)和負(fù)供應(yīng)之間進行一些切換。
如果應(yīng)用程序要求相同的電源終端為正或負(fù)數(shù)，該設(shè)置僅提供兩個終端為負(fù)載呢？這不是一個純粹的學(xué)術(shù)問題。在汽車和工業(yè)環(huán)境中有一些應(yīng)用需要雙極，可調(diào)的兩個終端電源。例如，在外來窗口著色到測試和測量設(shè)備的應(yīng)用中使用了兩個末端雙極電源。
如前所述，傳統(tǒng)的雙極PS使用三個輸出端子產(chǎn)生兩個輸出：正，負(fù)和GND。相比之下，單個輸出電源應(yīng)僅配備兩個輸出端子：一個GND，另一個可以是正面或負(fù)面的。在這種應(yīng)用中，可以通過單個控制信號來調(diào)節(jié)輸出電壓，從最小負(fù)到最大值的整個范圍內(nèi)。有專門設(shè)計的控制器來實現(xiàn)雙極供應(yīng)函數(shù)，例如LT8714，一種雙極輸出同步控制器。然而，對于許多汽車和工業(yè)制造商來說，測試和合格專業(yè)的IC需要對時間和金錢進行一些投資。相比之下，許多制造商已經(jīng)在無數(shù)的汽車和工業(yè)應(yīng)用中使用了預(yù)先資格的降級（Buck）轉(zhuǎn)換器和控制器。本文展示了當(dāng)專用雙極供應(yīng)IC不是一個選擇時，如何使用降壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生雙極PS。
電路描述和功能
圖1顯示了基于巴的轉(zhuǎn)換器解決方案，用于可調(diào)的雙極（兩季度）。輸入電壓范圍為12 V至15 V；輸出是由控制塊調(diào)節(jié)的±10 V范圍內(nèi)的任何電壓，該電壓支持負(fù)載高達6A。雙輸出升壓控制器IC是該設(shè)計的中心組件。一個輸出，每次降壓拓?fù)溥B接，生成穩(wěn)定的–12 V（即，圖1中的–12 V負(fù)軌道，其動力序列包括L2，Q2，Q3和輸出濾波器CO2）。 兩個端子，雙極，可調(diào)電源的電示意圖
兩個輸出在強制連續(xù)傳導(dǎo)模式下的功能。在輸出控制電路中，0 ?A至200 ?A電流源I CTRL連接到實驗室測試的負(fù)軌道，但也可以參考GND。低通濾波器R F1 –C F可減少快速輸出瞬變。為了降低轉(zhuǎn)換器的成本和大小，使用相對便宜的偏振電容器形成輸出過濾器。可選的二極管D1和D2阻止了這些電容器之間的反向電壓，尤其是在啟動時。如果僅使用陶瓷電容器，則無需二極管。
轉(zhuǎn)換器測試和評估
根據(jù)LTC3892和評估套件DC1998A和DC2493A對該解決方案進行了測試和評估。轉(zhuǎn)換器在許多測試中都表現(xiàn)良好，包括線和負(fù)載調(diào)節(jié)，瞬態(tài)響應(yīng)和輸出短。圖2顯示了6個載荷的啟動，其中A +10 V輸出?？刂齐娏骱洼敵鲭妷褐g的函數(shù)的線性性如圖3所示。隨著控制電流從0 ?A增加到200 ?A，輸出電壓從+10 V到–10V。圖4顯示了效率曲線。 啟動波形進入電阻載荷
開發(fā)了雙極的LTSpice模型，以簡化這種方法的采用，使設(shè)計人員能夠分析和模擬上述電路，引入更改，查看波形和研究組件應(yīng)力。 效率曲線，用于正輸出和負(fù)輸出。
基本公式和描述這種拓?fù)涞谋磉_
這種方法基于設(shè)計的負(fù)壓壓部分生成的負(fù)軌，v neg 。
vneg=vo你t+vo你t×km （（1）
其中v out是最大輸出電壓的絕對值，而k m是一個系數(shù)，范圍從0.1到0.3。 k m限制了降壓轉(zhuǎn)換器的最小占空比。 v neg還設(shè)置了v的最低值：
v我n≥|vneg| （（2）
vb你ck=|vneg|+v我n
其中v buck是降壓截面的輸入電壓，因此在轉(zhuǎn)換器的半導(dǎo)體上呈現(xiàn)最大電壓應(yīng)力：
vb你ck（（m一個x）=|vneg|+vo你t （（3）
vb你ck（（m我n）=|vneg|- vo你t
V Buck（Max）和V Buck（Min）分別是該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的降低部分的最大和最小電壓?？梢酝ㄟ^以下表達式來描述升降部分的最大和最小占空比和電感電流，其中我輸出了輸出電流：
db你ck（（m一個x）=vb你ck（（m一個x）/vb你ck （（4）
db你ck（（m我n）=vb你ck（（m我n）/vb你ck
我l（（b你ck）=我o你t+δ我我
PS的Buck-Boost部分的占空比：
dbb=|vneg|/（（v我n+|vneg|） （（5）
降壓部分的輸入功率以及相應(yīng)的降壓功率：降壓功率：
po你t（（bb）=（（vo你t×我o你t）/η （（6）
轉(zhuǎn)換器功率和輸入電流。
我o你t（（bb）=po你t（（bb）/|vneg| （（7）
我l（（bb）=我o你t（（bb）/（（1- dbb）+δ我2
輸出電壓更改是通過將電流注入升壓部分的反饋電阻分隔器來執(zhí)行的。圖1的輸出電壓控制電路部分中說明了設(shè)置輸出電壓控制。
如果給出了RB，那就
pbb=po你t（（bb）/η （（8）
我bb=pbb/v我n
其中v fb是反饋引腳電壓。
當(dāng)電流源I CTRL將零電流注入r A時，相對于GND ，相對于負(fù)軌道和最大輸出電壓（+ V OUT ） ，降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓是最大正值（V buck（max） ）。為了使負(fù)載的負(fù)輸出電壓（相對于GND），將輸出電壓降低到其最小值V buck（min），相對于負(fù)輸出電壓（–v OUT），將ΔI注入雄鹿電壓分離器的電阻r A中。
其中v fb是反饋引腳電壓。
當(dāng)電流源I CTRL將零電流注入r A時，相對于GND ，相對于負(fù)軌道和最大輸出電壓（+ V OUT ） ，降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓是最大正值（V buck（max） ）。為了使負(fù)載的負(fù)輸出電壓（相對于GND），將輸出電壓降低到其最小值V buck（min），相對于負(fù)輸出電壓（–v OUT），將ΔI注入雄鹿電壓分離器的電阻r A中。
數(shù)值示例
通過使用先前的方程式，我們可以計算電壓應(yīng)力，通過動力序列組件的電流以及雙極電源的控制電路的參數(shù)。例如，以下計算是針對從14 V輸入電壓在6 a處產(chǎn)生±10 V的電源。
如果k m為0.2，則v neg = –12 V.驗證最小輸入電壓Vin≥ | v neg |。半導(dǎo)體V雄鹿的電壓應(yīng)力為26V。
相對于負(fù)導(dǎo)軌，縮減截面的最大電壓為V buck（最大） = 22 V，相對于GND設(shè)置了輸出電壓+10 V。最小電壓V buck（min） = 2 V，對應(yīng)于–10 V相對于GND的輸出電壓。這些最大和最小電壓對應(yīng)于最大和最小占空比周期，D Buck（最大） = 0.846，D Buck（min） = 0.077和D BB = 0.462。
可以通過假設(shè)90％的效率來計算功率，從而產(chǎn)生P OUT（BB） = 66.67 W，I OUT（BB） = 5.56 A，I L（BB） = 10.37 A，并且P BB = 74.074W。
對于+10 V的輸出電壓（按照圖1），控制電路電流ΔI為0 ?A，而對于–10 V的輸出電壓，ΔI= 200 ?A。
結(jié)論
本文介紹了雙極，兩端電源的設(shè)計。這里討論的方法基于降低轉(zhuǎn)換器拓?fù)?，該拓?fù)涫乾F(xiàn)代電力電子產(chǎn)品的主食，因此有多種形式可用，從具有外部組件的簡單控制器到完整的模塊。降級拓?fù)涞氖褂檬乖O(shè)計師的靈活性和使用預(yù)先資格的零件的選項可以節(jié)省時間和成本。
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