台式电源（PS）往往具有偶数个端子（忽略机箱端口），其中有一个正子和一个负子。使用台式电源产生正极性输出很容易：将负极输出设置为GND，将正极输出电压设置为正极输出。通过反转设置产生负电源也很容易。但是，如果产生一个双极性电源，负载可以同时使用正电压和负电压，那又如何呢？

这也相对容易-只需将一个实验室通道的正子连接到另一通道的负子，然后将其称为GND即可。其他两个端子，负号和正号分别是正电源和负电源。结果是具有可用GND，正电压和负电压电平的三端双极电源。由于使用了三个端子，因此必须在电源下游的正电源和负电源之间进行一些切换。

如果应用程序要求同一电源端子为正极或负极（在仅向负载提供两个端子的设置中），该怎么办？这不是一个纯粹的学术问题。在汽车和工业环境中，有一些应用需要双极可调两端电源。例如，两个端子双极电源用于各种应用，从特殊的窗口着色到测试和测量设备。

如前所述，传统的双极性PS使用三个输出端子（正，负和GND）产生两个输出。相反，单个输出电源应仅配备两个输出端子：一个GND，另一个可以为正或负。在此类应用中，可通过单个控制信号在从最小负值到正值的整个范围内相对于GND调节输出电压。有些控制器是专门为实现双极性电源功能而设计的，例如LT8714，即双极性输出同步控制器。然而，对于许多汽车和工业制造商而言，测试和鉴定专用IC都需要一些时间和金钱上的投资。相比之下，许多制造商已经对降压（buck）转换器和控制器进行了资格预审，因为它们用于无数的汽车和工业应用。本文说明了在无法使用专用双极性电源IC的情况下如何使用降压转换器来产生双极性PS。

电路说明和功能

图1显示了基于降压转换器的双极性（twoquadrant）可调电源解决方案。输入电压范围为12 V至15 V；输出是在±10 V范围内的任何电压，由控制模块调节，可支持高达6 [**]的负载。双输出降压控制器IC是该设计的核心组件。每个降压-升压拓扑结构连接的一个输出产生稳定的–12 V（即，图1中的–12 V负轨，其功率链包括L2，Q2，Q3和输出滤波器CO2）。

                                图1：两端子，双极性，可调电源的电气原理图

–12 V电源轨用作第二个通道的接地，控制器的接地引脚也连接到–12 V电源轨。总体而言，这是一个降压型降压转换器，其中输入电压为–12 V和V IN之间的差。输出是可调的，相对于GND可以为正或负。请注意，输出始终相对于–12 V电源轨为正，并包括一个包含L1，Q1，Q4和C O1的动力总成。反馈电阻分压器RB–R[**]设置输出电压。该分压器的值由输出电压控制电路调节，该电路可通过将电流注入R[**]来将输出降低至最小输出电压（负输出）。通过RUN和TR[**]CK / SS引脚的终止来设置应用程序的启动特性。

两个输出均在强制连续导通模式下工作。在输出控制电路中，如实验室中测试的那样，0 µ[**]至200 µ[**]电流源I CTRL连接到负轨，但也可以参考GND。低通滤波器R F1 –C F减少了快速的输出瞬变。为了降低转换器的成本和尺寸，使用相对便宜的极化电容器形成输出滤波器。可选的二极管D1和D2可防止在这些电容器两端产生反向电压，尤其是在启动时。如果仅使用陶瓷电容器，则无需二极管。

转换器测试和评估

该解决方案基于LTC3892和评估套件DC1998[**]和DC2493[**]进行了测试和评估。该转换器在许多测试中均表现良好，包括线路和负载调节，瞬态响应和输出短路。图2显示启动至6 [**]负载，输出为+10V。控制电流和输出电压之间的函数线性关系如图3所示。随着控制电流从0 µ[**]增加到200 µ[**]，输出电压从+10 V减小到–10V。图4显示了效率曲线。

                                             图2：进入电阻负载的启动波形。

图3：VOUT作为控制电流ICTRL的函数。当ICTRL从0 [**]增加到200 µ[**]时，输出电压从+10 V下降至–10V。

开发了双极性，两端电源的LTspice®模型以简化该方法的采用，从而使设计人员能够分析和仿真上述电路，引入变化，查看波形并研究组件应力。

                                         图4：正输出和负输出的效率曲线。

描述此拓扑的基本公式和表达式

此方法基于设计的降压-升压部分产生的负电压轨V NEG。

VNEG=VOUT+VOUT×Km   

其中，V OUT是输出电压的值，K m是介于0.1到0.3之间的系数。K m限制了降压转换器的最小占空比。V NEG还设置V IN的最小值：

其中V BUCK是降压部分的输入电压，从而给出了转换器半导体上的电压应力：

VBUCK(M[**]X)=|VNEG|+VOUT    (3)"

当电流源I CTRL向R [**]注入零电流时，降压转换器的输出电压相对于负电源轨为正值（V BUCK（M[**]X）），相对于GND为输出电压（+ V OUT）。为了对负载产生一个负输出电压（相对于GND ），通过将ΔI注入电阻器R [**]中，相对于负输出电压（–V OUT），输出电压减小至最小值V BUCK（MIN）。降压器的分压器。

数值范例

通过使用前面的公式，我们可以计算电压应力，流经动力总成组件的电流以及双极电源的控制电路参数。例如，以下计算是针对从14 V输入电压在6 [**]下产生±10 V的电源的。

如果K m为0.2，则V NEG = –12V。最小输入电压V IN的验证条件≥| V NEG |。半导体的V BUCK上的电压应力为26V。

相对于负轨，降压部分的电压为V BUCK（M[**]X） = 22 V，相对于GND设置输出电压+10V。最小电压V BUCK（MIN） = 2 V，对应于相对于GND的–10 V的输出电压。这些和最小电压对应于和最小占空比，D BUCK（M[**]X） = 0.846，D BUCK（MIN） = 0.077，D BB = 0.462。

可以通过假设效率为90％，产生P OUT（BB） = 66.67 W，I OUT（BB） = 5.56 [**]，I L（BB） = 10.37 [**]和P BB = 74.074 W来计算功率。

对于+10 V的输出电压（如图1所示），控制电路电流ΔI为0 µ[**]，而对于–10 V的输出电压，ΔI= 200 µ[**]。

结论

本文提出了一种双极性，两端子电源的设计。此处讨论的方法基于降压转换器拓扑结构，这是现代电力电子技术的基础，因此可以采用多种形式使用，从带有外部组件的简单控制器到完整的模块。采用降压拓扑结构可以使设计人员具有灵活性，并可以选择使用经过预认证的零件，从而节省了时间和成本。

关于作者

Victor Khasiev是[**]DI的高级应用工程师。Victor在交流至直流和直流至直流转换的电力电子领域拥有丰富的经验。他拥有两项，并撰写了多篇文章。他的涉及高效的功率因数校正解决方案和的栅极驱动器。Victor很乐意为[**]DI客户提供支持：回答有关[**]DI产品，电源原理图的设计和验证以及印刷电路板布局的问题；故障排除; 并参与测试最终系统。