双极，单输出和可调节电源基于普通的降压转换器
出处：维库电子市场网 发布于：2025-03-21 17:11:32 | 284 次阅读
这也相对容易 - 仅将一个实验室通道的正终端连接到另一个通道的负端子，并调用该GND。其他两个终端分别是正供应和负供应。结果是具有可用GND，正和负电压水平的三端双极电源。由于使用了三个端子，因此必须在电源下游的正供应和负供应之间进行一些切换。
如果应用程序要求相同的电源终端为正或负数，该设置仅提供两个终端为负载呢？这不是一个纯粹的学术问题。在汽车和工业环境中有一些应用需要双极，可调的两个终端电源。例如，在外来窗口着色到测试和测量设备的应用中使用了两个末端双极电源。
如前所述，传统的双极PS使用三个输出端子产生两个输出：正，负和GND。相比之下，单个输出电源应仅配备两个输出端子：一个GND，另一个可以是正面或负面的。在这种应用中，可以通过单个控制信号来调节输出电压，从最小负到最大值的整个范围内。有专门设计的控制器来实现双极供应函数，例如LT8714，一种双极输出同步控制器。然而，对于许多汽车和工业制造商来说，测试和合格专业的IC需要对时间和金钱进行一些投资。相比之下，许多制造商已经在无数的汽车和工业应用中使用了预先资格的降级（Buck）转换器和控制器。本文展示了当专用双极供应IC不是一个选择时，如何使用降压转换器产生双极PS。
电路描述和功能
图1显示了基于巴的转换器解决方案，用于可调的双极（两季度）。输入电压范围为12 V至15 V；输出是由控制块调节的±10 V范围内的任何电压，该电压支持负载高达6A。双输出升压控制器IC是该设计的中心组件。一个输出，每次降压拓扑连接，生成稳定的–12 V（即，图1中的–12 V负轨道，其动力序列包括L2，Q2，Q3和输出滤波器CO2）。 两个端子，双极，可调电源的电示意图
两个输出在强制连续传导模式下的功能。在输出控制电路中，0 ?A至200 ?A电流源I CTRL连接到实验室测试的负轨道，但也可以参考GND。低通滤波器R F1 –C F可减少快速输出瞬变。为了降低转换器的成本和大小，使用相对便宜的偏振形成输出过滤器。可选的D1和D2阻止了这些电容器之间的反向电压，尤其是在启动时。如果仅使用器，则无需二极管。
转换器测试和评估
根据LTC3892和评估套件DC1998A和DC2493A对该解决方案进行了测试和评估。转换器在许多测试中都表现良好，包括线和负载调节，瞬态响应和输出短。图2显示了6个载荷的启动，其中A +10 V输出。控制电流和输出电压之间的函数的线性性如图3所示。随着控制电流从0 ?A增加到200 ?A，输出电压从+10 V到–10V。图4显示了效率曲线。 启动波形进入电阻载荷
开发了双极的LTSpice模型，以简化这种方法的采用，使设计人员能够分析和模拟上述电路，引入更改，查看波形和研究组件应力。 效率曲线，用于正输出和负输出。
基本公式和描述这种拓扑的表达
这种方法基于设计的负压压部分生成的负轨，v neg 。
vneg=vo你t+vo你t×km （（1）
其中v out是最大输出电压的绝对值，而k m是一个系数，范围从0.1到0.3。 k m限制了降压转换器的最小占空比。 v neg还设置了v的最低值：
v我n≥|vneg| （（2）
vb你ck=|vneg|+v我n
其中v buck是降压截面的输入电压，因此在转换器的半导体上呈现最大电压应力：
vb你ck（（m一个x）=|vneg|+vo你t （（3）
vb你ck（（m我n）=|vneg|- vo你t
V Buck（Max）和V Buck（Min）分别是该拓扑结构的降低部分的最大和最小电压。可以通过以下表达式来描述升降部分的最大和最小占空比和电感电流，其中我输出了输出电流：
db你ck（（m一个x）=vb你ck（（m一个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）
降压部分的输入功率以及相应的降压功率：降压功率：
po你t（（bb）=（（vo你t×我o你t）/η （（6）
转换器功率和输入电流。
我o你t（（bb）=po你t（（bb）/|vneg| （（7）
我l（（bb）=我o你t（（bb）/（（1- dbb）+δ我2
输出电压更改是通过将电流注入升压部分的反馈电阻分隔器来执行的。图1的输出电压控制电路部分中说明了设置输出电压控制。
如果给出了RB，那就
pbb=po你t（（bb）/η （（8）
我bb=pbb/v我n
其中v fb是反馈引脚电压。
当电流源I CTRL将零电流注入r A时，相对于GND ，相对于负轨道和最大输出电压（+ V OUT ） ，降压转换器的输出电压是最大正值（V buck（max） ）。为了使负载的负输出电压（相对于GND），将输出电压降低到其最小值V buck（min），相对于负输出电压（–v OUT），将ΔI注入雄鹿电压分离器的电阻r A中。
其中v fb是反馈引脚电压。
当电流源I CTRL将零电流注入r A时，相对于GND ，相对于负轨道和最大输出电压（+ V OUT ） ，降压转换器的输出电压是最大正值（V buck（max） ）。为了使负载的负输出电压（相对于GND），将输出电压降低到其最小值V buck（min），相对于负输出电压（–v OUT），将ΔI注入雄鹿电压分离器的电阻r A中。
数值示例
通过使用先前的方程式，我们可以计算电压应力，通过动力序列组件的电流以及双极电源的控制电路的参数。例如，以下计算是针对从14 V输入电压在6 a处产生±10 V的电源。
如果k m为0.2，则v neg = –12 V.验证最小输入电压Vin≥ | v neg |。半导体V雄鹿的电压应力为26V。
相对于负导轨，缩减截面的最大电压为V buck（最大） = 22 V，相对于GND设置了输出电压+10 V。最小电压V buck（min） = 2 V，对应于–10 V相对于GND的输出电压。这些最大和最小电压对应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。
可以通过假设90％的效率来计算功率，从而产生P OUT（BB） = 66.67 W，I OUT（BB） = 5.56 A，I L（BB） = 10.37 A，并且P BB = 74.074W。
对于+10 V的输出电压（按照图1），控制电路电流ΔI为0 ?A，而对于–10 V的输出电压，ΔI= 200 ?A。
结论
本文介绍了双极，两端电源的设计。这里讨论的方法基于降低转换器拓扑，该拓扑是现代电力电子产品的主食，因此有多种形式可用，从具有外部组件的简单控制器到完整的模块。降级拓扑的使用使设计师的灵活性和使用预先资格的零件的选项可以节省时间和成本。
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