Frederik Dostal

什么是四象限電源？

答：

一種可以吸收和供應正負電流和電壓的電源。

雖然簡單的電壓轉換器可以從輸入電壓產生固定輸出電壓，但在某些應用中，這種行為是不夠的。一個例子是控制電容器所連接的電壓節點。這些電容器可以充電到任何電壓。如果需要將它們置于較低的電壓，則必須對其進行部分放電。因此，在這樣的應用中，電源必須能夠根據需要供應或吸收電流。這種轉換器稱為四象限DC-DC轉換器。對于此類應用，可以使用具有輸出放電功能的電源。它可以快速放電輸出電容器。圖1顯示了降壓型開關穩壓器的這種功能。這里，在降壓轉換器的開關動作關閉并且輸出關閉后，開關S2長時間導通 電容器放電。

圖1.通過簡單的輸出放電功能對輸出電容器放電。

控制電流和電壓的一種優雅方法是使用四象限DC-DC轉換器。典型的降壓轉換器僅在一個象限中工作。它可以產生正電壓和正電流流;也就是說，從DC-DC轉換器流向負載的電流。使用四象限轉換器，不僅可以對輸出電容器放電，還可以產生電壓。這是可能的，因為電流可以沿負載方向流動或從負載中帶走。在前面關于輸出電容器快速放電的例子中就是這種情況。四象限DC-DC轉換器可以做更多的事情。除了產生電壓外，它還可以將電流設置為任何水平。該電流可以是正電流，也可以是負電流。這種四象限轉換器經常用于通用實驗室電源。例如，用戶可以使用固定電流設置測試LED。太陽能電池也可以操作，四象限轉換器充當吸收預定電流的負載。

另一個有趣的應用是使用LCD技術著色窗玻璃。這通常需要在正負范圍內精確設置電壓，以根據可用光線和房間內所需的亮度產生合適的色調水平。

圖2顯示了四象限相對于電源的含義。坐標系的象限以 x 軸上的電壓和 y 軸上的電流顯示。電流和電壓可以是正的，也可以是負的。

圖2.四象限電壓轉換器。

因此，DC-DC轉換器可用作能源和能量匯。換句話說，轉換器可以用作電源或電力負載。

ADI公司的LT8714是一款用于四象限穩壓器的控制器。它具有此類監管所需的所有功能。例如，使用該IC，可以精確保持0 V的電壓。圖3顯示了控制器IC和功率級的簡化電路圖。后者由兩個電感L1和L2、兩個開關Q1和Q2以及耦合電容CC組成。 LT8714數據手冊中有關每個象限中相應操作以及從一個象限轉換到另一個象限時的行為的說明。

圖3.顯示四象限電壓轉換器拓撲的簡化電路圖。

在某些應用中，需要以四個象限工作的電源。這可以通過優化的控制器（如LT8714）輕松構建。電路設計非常簡單，其操作，特別是在經常關鍵的0 V交越點附近，清潔可靠。

除了使用四象限穩壓器外，還有其他選擇，例如開關穩壓器拓撲，必須并聯連接才能實現多象限功能。但是，與使用專用的四象限解決方案相比，這些通常更具成本。

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