Четырехквадрантный DC/DC преобразователь обеспечивает элегантный способ управления токами и напряжениями и может устанавливать любой уровень тока
Хотя для получения фиксированного выходного напряжения из входного напряжения часто достаточно простого преобразователя, в некоторых приложениях одной лишь такой функции бывает мало. В качестве примера можно привести управление узлом напряжения, к которому подключены конденсаторы. Эти конденсаторы могут быть заряжены до любого напряжения. Если их напряжение нужно понизить, они должны быть частично разряжены. А значит, в таком приложении источник питания должен быть способен по мере необходимости как отдавать, так и принимать ток.
 |
||
| Рисунок 1. | Разряд выходного конденсатора с помощью простого разрядного ключа. |
|
Такой преобразователь называется четырехквадрантным DC/DC преобразователем. Для приложений этого типа можно использовать источник питания с ключом разряда выхода. Он может быстро разряжать выходные конденсаторы. На Рисунке 1 показана реализация такой функции для понижающего импульсного регулятора. Здесь ключ S2 замыкается на длительный период после того, как работа понижающего преобразователя завершается, и выходной конденсатор разряжен.
Четырехквадрантный DC/DC преобразователь
Изящный способ управления токами и напряжениями – это четырехквадрантный DC/DC преобразователь. Обычный понижающий преобразователь работает только в одном квадранте. Он может вырабатывать положительное напряжение с положительным током; то есть током, протекающим от DC/DC преобразователя в нагрузку. С помощью четырехквадрантного преобразователя можно не только разряжать выходные конденсаторы, но и стабилизировать на них напряжение. Это возможно благодаря тому, что ток может течь в направлении нагрузки или забираться из нее. Так обстоит дело с быстрой разрядкой выходных конденсаторов в предыдущем примере.
Однако четырехквадрантный DC/DC преобразователь может даже больше. Он может не только стабилизировать напряжения, но и поддерживать заданный уровень тока. Этот ток может быть положительным или отрицательным. Такие четырехквадрантные преобразователи часто используются в универсальных лабораторных источниках питания. Например, пользователь может проверить светодиод, используя фиксированную уставку тока. Четырехквадрантный преобразователь также позволяет управлять солнечным элементом, действуя как нагрузка, поглощающая заданный ток.
Еще одно интересное применение – тонирование оконных стекол с помощью ЖК-технологии. Это часто требует точной установки напряжения, как в положительном, так и в отрицательном диапазоне, чтобы, в зависимости от доступного количества света и желаемой освещенности в комнате, получить подходящее затенение окна.
На Рисунке 2 показано, что означают четыре квадранта в контексте источника питания. В системе координат, к которой привязаны квадранты, ось X соответствует напряжению, а ось Y – току. Напряжение и ток могут быть как положительными, так и отрицательными.
 |
||
| Рисунок 2. | Режимы работы четырехквадрантного преобразователя напряжения. | |
Таким образом, DC/DC преобразователь может использоваться и как источник энергии, и как потребитель энергии. Другими словами, преобразователь может работать как источник питания или как электронная нагрузка.
Выпускаемый Analog Devices контроллер четырехквадрантного стабилизатора LT8714 имеет все необходимое для подобного регулирования. Например, с помощью этой микросхемы можно точно поддерживать напряжение 0 В. На Рисунке 3 показана упрощенная схема с микросхемой контроллера и силовым каскадом. Последний состоит из двух дросселей (L1 и L2), двух коммутаторов (Q1 и Q2) и разделительного конденсатора CC. Пояснения, касающиеся соответствующих операций в каждом из квадрантов, а также поведения схемы при переходах из одного квадранта в другой, можно найти в техническом описании LT8714.
 |
||
| Рисунок 3. | Эта упрощенная схема иллюстрирует топологию четырехквадрантного преобразователя. |
|
В некоторых приложениях требуется источник питания, работающий в четырех квадрантах. Благодаря оптимизированному контроллеру, конструкция такой схемы упрощается, а работа, особенно вблизи нередко критической точки пересечения с 0 В, становится чистой и надежной.
Существуют альтернативы использованию четырехквадрантного регулятора, например, топологии импульсных регуляторов, которые для обеспечения возможности работы в нескольких квадрантах должны подключаться параллельно. Однако часто они более затратны, чем подходы, основанные на использовании специализированных четырехквадрантных контроллеров.
Купить LT8714 на РадиоЛоцман.Цены
