四象限电压转换

Frederik Dostal

什么是四象限电源？

答：

一种可以吸收和供应正负电流和电压的电源。

虽然简单的电压转换器可以从输入电压产生固定输出电压，但在某些应用中，这种行为是不够的。一个例子是控制电容器所连接的电压节点。这些电容器可以充电到任何电压。如果需要将它们置于较低的电压，则必须对其进行部分放电。因此，在这样的应用中，电源必须能够根据需要供应或吸收电流。这种转换器称为四象限DC-DC转换器。对于此类应用，可以使用具有输出放电功能的电源。它可以快速放电输出电容器。图1显示了降压型开关稳压器的这种功能。这里，在降压转换器的开关动作关闭并且输出关闭后，开关S2长时间导通 电容器放电。

图1.通过简单的输出放电功能对输出电容器放电。

控制电流和电压的一种优雅方法是使用四象限DC-DC转换器。典型的降压转换器仅在一个象限中工作。它可以产生正电压和正电流流;也就是说，从DC-DC转换器流向负载的电流。使用四象限转换器，不仅可以对输出电容器放电，还可以产生电压。这是可能的，因为电流可以沿负载方向流动或从负载中带走。在前面关于输出电容器快速放电的例子中就是这种情况。四象限DC-DC转换器可以做更多的事情。除了产生电压外，它还可以将电流设置为任何水平。该电流可以是正电流，也可以是负电流。这种四象限转换器经常用于通用实验室电源。例如，用户可以使用固定电流设置测试LED。太阳能电池也可以操作，四象限转换器充当吸收预定电流的负载。

另一个有趣的应用是使用LCD技术着色窗玻璃。这通常需要在正负范围内精确设置电压，以根据可用光线和房间内所需的亮度产生合适的色调水平。

图2显示了四象限相对于电源的含义。坐标系的象限以 x 轴上的电压和 y 轴上的电流显示。电流和电压可以是正的，也可以是负的。

图2.四象限电压转换器。

因此，DC-DC转换器可用作能源和能量汇。换句话说，转换器可以用作电源或电力负载。

ADI公司的LT8714是一款用于四象限稳压器的控制器。它具有此类监管所需的所有功能。例如，使用该IC，可以精确保持0 V的电压。图3显示了控制器IC和功率级的简化电路图。后者由两个电感L1和L2、两个开关Q1和Q2以及耦合电容CC组成。 LT8714数据手册中有关每个象限中相应操作以及从一个象限转换到另一个象限时的行为的说明。

图3.显示四象限电压转换器拓扑的简化电路图。

在某些应用中，需要以四个象限工作的电源。这可以通过优化的控制器（如LT8714）轻松构建。电路设计非常简单，其操作，特别是在经常关键的0 V交越点附近，清洁可靠。

除了使用四象限稳压器外，还有其他选择，例如开关稳压器拓扑，必须并联连接才能实现多象限功能。但是，与使用专用的四象限解决方案相比，这些通常更具成本。

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