Универсальные блоки питания: двухквадрантные биполярные источники

Универсальные блоки питания-01

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

Универсальные блоки питания-1

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.

Универсальные блоки питания-2

Когда вольт-секундный баланс находится в установившемся состоянии, коэффициент заполнения D можно найти из выражения:

Читайте также:  Фантомное питание для микрофона: схема для повторения

formula

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.

Универсальные блоки питания-3

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.

Универсальные блоки питания-4

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.