Биполярные универсальные блоки питания двухквадрантного типа с двумя выходными клеммами
Универсальные блоки питания: двухквадрантный источник питающего напряжения — это источник, напряжение, которого на одних и тех же выходных клеммах может быть положительным или отрицательным, его легко изготовить, используя контроллер четырехквадрантного DC/DC преобразователя LT8714.
Двухквадрантные универсальные блоки питания
Показанные здесь двухквадрантные универсальные блоки питания можно использовать в самых разных областях — от затемнения окон, когда изменение полярности меняет ориентацию молекул жидкого кристалла, до контрольно-измерительного оборудования. В технической документации на LT8714 описывается работа универсального двухквадрантного блока питания в первом квадранте (положительный вход, положительный выход) и во втором квадранте (положительный вход, отрицательный выход).
Обратите внимание, что в обоих квадрантах источник питания отдает ток в нагрузку, то есть, является источником энергии, а не поглотителем. Во втором и четвертом квадрантах источник поглощает энергию.
Описание схемы и ее работы
На Рисунке 1 показана схема универсального двухквадрантного блока питания на основе контроллера LT8714. Силовая цепь схемы образована N-канальными MOSFET QN1 и GN 2, Р-канальными MOSFET QP1 и QP 2, дросселями L1 и L2, разделительным конденсатором СС, а также входным и выходным фильтрами. Дроссели L1 и L2 — это две дискретные несвязанные индуктивности, что снижает стоимость преобразователя.
Выбор компонентов
Правильный выбор активных и пассивных компонентов требует хорошего понимания того, каковы уровни напряжений и токов, воздействующих на элементы в каждом квадранте. Для этого на Рисунке 2 показаны функциональные топологии для положительного выходного напряжения.
Когда вольт-секундный баланс находится в установившемся состоянии, коэффициент заполнения D можно найти из выражения:
Для тестирования устройства стандартная схема DC2240A была усовершенствована в соответствии со схемой, показанной на Рис.1. Номинальное входное напряжение равно 12 В при выходных напряжениях ±5 В и максимальном токе нагрузки 6 А для напряжений обеих полярностей.
Измеренная зависимость КПД от тока нагрузки показана на Рисунке 3. КПД схемы при положительном выходном напряжении больше, чем при отрицательном напряжении, что соответствует результатам теоретических расчетов. Напряжения и токи, воздействующие на компоненты, намного выше в конфигурации с отрицательным выходным напряжением, что увеличивает потери и снижает КПД.
Рисунок 4 иллюстрирует отличную линейность зависимости выходного напряжения от напряжения управления VCtrl- Для этой конфигурации схема была нагружена резистором 1 Ом, а напряжение управления менялось отО.1 В до 1 В. Применяя две модели LTspice, нам удалось проанализировать характеристики LT8714 с индикацией «Питание в норме» в первой модели и с использованием несвязанных индуктивностей во второй модели.
Заключение
В этой статье описана простая схема двухквадрантного источника напряжения на основе микросхемы LT8714. Конструкция была протестирована и подтвердила отличную линейность, обеспечиваемую контроллером LT8714.