臺式電源 （PS） 往往具有偶數個端子（忽略機箱端口），其中一個正端子和一個負端子。使用臺式電源產生正極性輸出非常簡單：將負輸出設置為 GND，將正輸出電壓設置為正輸出。通過反轉設置來產生負電源同樣容易。但是，如果產生雙極性電源，負載可以使用正電壓和負電壓呢？這也相對容易——只需將一個實驗室通道的正極端子連接到另一個通道的負極并調用該 GND。另外兩個端子，負和正，分別是正電源和負電源。結果是一個三端子雙極性電源，具有可用的GND、正和負電壓電平。由于使用三個端子，因此必須在電源下游的正電源和負電源之間進行一些切換。

如果應用要求同一電源端子為正或負，即僅向負載提供兩個端子的設置，該怎么辦？這不是一個純粹的學術問題。汽車和工業環境中的應用需要雙極性、可調雙端子電源。例如，兩個端子雙極電源用于從異國情調的窗戶著色到測試和測量設備的各種應用。

如前所述，傳統的雙極性PS使用三個輸出端子產生兩個輸出：正、負和GND。相比之下，單個輸出電源應僅配備兩個輸出端子：一個GND，另一個可以是正極或負極。在此類應用中，輸出電壓可以通過單個控制信號在從最小負到最大正的整個范圍內調節。

有些控制器是專門為實現雙極性電源功能而設計的，例如雙極性輸出同步控制器LT8714。然而，對于許多汽車和工業制造商來說，測試和鑒定專用IC需要投入大量的時間和金錢。相比之下，許多制造商已經擁有經過資格預審的降壓轉換器和控制器，因為它們用于無數汽車和工業應用。本文介紹如何在無法選擇專用雙極性電源IC的情況下使用降壓轉換器產生雙極性PS。

電路描述和功能

圖1所示為基于降壓轉換器的雙極性（兩象限）可調電源解決方案。輸入電壓范圍為 12 V 至 15 V;輸出為 ±10 V 范圍內的任何電壓，由控制塊調節，支持高達 6 A 的負載。雙輸出降壓控制器IC是該設計的核心元件。每個降壓-升壓拓撲連接一個輸出，產生穩定的–12 V電壓（即圖1中的–12 V負電源軌，其動力傳動系包括L2、Q2、Q3和輸出濾波器CO2).

圖1.電氣原理圖為兩端，雙極性，可調電源。

–12 V 電源軌用作第二個通道的接地，控制器的接地引腳也連接到 –12 V 電源軌。總體而言，這是一款降壓轉換器，其輸入電壓為–12 V和V之差在.輸出可調，可以相對于GND為正或負。 請注意，輸出相對于–12 V電源軌始終為正，包括一個由L1、Q1、Q4和C組成的動力傳動系O1.反饋電阻分壓器 RB–R一個設置最大輸出電壓。該分壓器的值由輸出電壓控制電路調節，該電路可以通過向R注入電流將輸出調節到最小輸出電壓（負輸出）一個.應用啟動特性由 RUN 和 TRACK/SS 引腳的端接設置。

兩個輸出均在強制連續導通模式下工作。在輸出控制電路中，0 μA至200 μA電流源I按，連接到實驗室測試的負電源軌，但它也可以參考 GND。低通濾波器RF1–CF減少快速輸出瞬變。為了降低轉換器的成本和尺寸，輸出濾波器使用相對便宜的極化電容器形成。可選二極管D1和D2可防止在這些電容器上產生反向電壓，尤其是在啟動時。如果僅使用陶瓷電容器，則不需要二極管。

轉換器測試和評估

該解決方案基于 LTC3892 和評估套件 DC1998A 和 DC2493A 進行了測試和評估。該轉換器在許多測試中表現良好，包括線路和負載調整率、瞬態響應和輸出短路。圖2顯示啟動至6 A負載，輸出為+10 V。控制電流和輸出電壓之間的線性度如圖3所示。當控制電流從0 μA增加到200 μA時，輸出電壓從+10 V降至–10 V。 圖4顯示了效率曲線。

圖2.啟動波形進入阻性負載。

圖3.V外作為控制電流I的函數按.正如我按從0 A增加到200 μA，輸出電壓從+10 V降至–10 V。

圖4.正輸出和負輸出的效率曲線。

一LTspice模型?在雙極性器件中，開發了兩個端子電源來簡化這種方法的采用，使設計人員能夠分析和仿真上述電路、引入變化、查看波形和研究元件應力。

描述此拓撲的基本公式和表達式

這種方法基于負電源軌 V地中海，由設計的降壓-升壓部分生成。

其中 V外是最大輸出電壓和K的絕對值m是一個介于 0.1 到 0.3 之間的系數。Km限制降壓轉換器的最小占空比。V地中海還設置 V 的最小值在:

其中 V麚是降壓部分的輸入電壓，因此在轉換器半導體上呈現最大電壓應力：

V降壓（最大）和V降壓（最小）分別是此拓撲的降壓部分的最大和最小電壓。降壓部分的最大和最小占空比以及電感電流可以用以下表達式描述，其中I外是輸出電流：

PS降壓-升壓部分的占空比：

降壓部分的輸入功率以及相應的降壓-升壓輸出功率：

降壓-升壓部分的輸出電流及其電感電流：

轉換器功率和輸入電流。

輸出電壓變化是通過向降壓部分的反饋電阻分壓器注入電流來執行的。輸出電壓控制的設置如圖1的輸出電壓控制電路部分所示。

如果 RB被給出，然后

其中 VFB是反饋引腳電壓。

當電流源I按 向 R 注入零電流一個，降壓轉換器的輸出電壓為最大正值（V降壓（最大）） 相對于負電源軌和最大輸出電壓（+V外） 相對于 GND。為了給負載產生負輸出電壓（相對于GND），輸出電壓降低到其最小值V降壓（最小），相對于負輸出電壓 （–V外），通過將 ΔI 注入電阻 R一個降壓的分壓器。

數值示例

通過使用前面的公式，我們可以計算電壓應力、通過動力傳動系組件的電流以及雙極性電源控制電路的參數。例如，以下計算適用于從14 V輸入電壓產生±10 V/6 A的電源。

如果 Km為 0.2，則為 V地中海= –12 V. 驗證最小輸入電壓 V 的條件在≥ |V地中海|.半導體V上的電壓應力麚為 26 V。

降壓部分最大電壓為V降壓（最大）= 22 V，相對于負電源軌，設置輸出電壓 +10 V 相對于 GND。最小電壓，V降壓（最小）= 2 V，對應于相對于GND的–10 V輸出電壓。這些最大和最小電壓對應于最大和最小占空比D降壓（最大） = 0.846， D降壓（最小） = 0.077 和 DBB= 0.462。

功率可以通過假設效率為90%來計算，產生P輸出（BB） = 66.67 W，I輸出（BB） = 5.56 A， IL（BB） = 10.37 A 和 PBB = 74.074 瓦。

對于+10 V的輸出電壓（如圖1所示），控制電路電流ΔI為0 μA，而對于–10 V的輸出電壓，ΔI = 200 μA。

結論

本文介紹一種雙極性、雙端子電源的設計。這里討論的方法基于降壓轉換器拓撲，這是現代電力電子設備的主要內容，因此有多種形式，從帶有外部組件的簡單控制器到完整的模塊。采用降壓拓撲結構為設計人員提供了靈活性，并可以選擇使用預認證部件，從而節省時間和成本。

審核編輯：郭婷