Биполярный источник питания с двумя выходными клеммами

Analog Devices LT8714

Журнал РАДИОЛОЦМАН, август 2019

Victor Khasiev, Analog Devices

Design Note

Введение

Двухквадрантный источник питания – источник, на одних и тех же выходных клеммах которого напряжение может быть положительным или отрицательным, – легко изготовить, используя контроллер четырехквадрантного DC/DC преобразователя LT8714. Показанный здесь двухквадрантный источник 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 двухквадрантного источника 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 двухквадрантного источника питания на основе контроллера LT8714. Силовая цепь схемы образована N-канальными MOSFET QN1 и QN2, P-канальными MOSFET QP1 и QP 2, дросселями L1 и L2, разделительным конденсатором CC, а также входным и выходным фильтрами. Дроссели L1 и L2 – это две дискретные несвязанные индуктивности, что снижает стоимость преобразователя.

Принципиальная схема источника питания на основе контроллера LT8714, работающего в двух квадрантах; VIN = 12 В, VO = ±5 В, ток нагрузки 6 A.
Рисунок 1. Принципиальная схема источника питания на основе контроллера LT8714, работающего
в двух квадрантах; VIN = 12 В, VO = ±5 В, ток нагрузки 6 A.

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.

Топологии преобразователя в двухквадрантном режиме при положительном выходном напряжении.
Рисунок 2. Топологии преобразователя в двухквадрантном режиме при
положительном выходном напряжении.

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

Для проверки конструкции стандартная демонстрационная схема DC2240A была переработана в соответствии со схемой, показанной на Рисунке 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.

Зависимость КПД преобразователя от тока нагрузки при входном напряжении 12 В и выходных напряжениях +5 В и -5 В.
Рисунок 3. Зависимость КПД преобразователя от тока нагрузки при
входном напряжении 12 В и выходных напряжениях +5 В и –5 В.

Рисунок 4 иллюстрирует отличную линейность зависимости выходного напряжения от управляющего напряжения VCTRL. Для этой конфигурации схема была нагружена резистором 1 Ом, а управляющее напряжение менялось от 0.1 В до 1 В.

График зависимости выходного напряжения VO от управляющего напряжения VCTRL. При изменении VCTRL от 0.1 В до 1 В VO изменяется от -5 В до +5 В.
Рисунок 4. График зависимости выходного напряжения VO от
управляющего напряжения VCTRL. При изменении VCTRL
от 0.1 В до 1 В VO изменяется от –5 В до +5 В.

Используя две модели LTspice, мы смогли 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 съема двухквадрантного источника напряжения на основе микросхемы LT8714. Конструкция была протестирована и подтвердила отличную линейность, обеспечиваемую контроллером LT8714.

Материалы по теме

  1. Datasheet Analog Devices LT8714
  2. Datasheet Infineon BSC034N06NS
  3. Datasheet ON Semiconductor FDD4141
  4. Datasheet Vishay SQJ457EP
  5. Datasheet Toshiba TK65S04N1L

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Two Terminal Bipolar Power Supply

Цена LT8714LT8714 на РадиоЛоцман.Цены — от 286 до 420 руб.
10 предложений от 6 поставщиков
DC/DC Cntrlr Single-OUT Flyback 860kHz 20-Pin TSSOP EP T/R, RoHS: compliant
ПоставщикПроизводительНаименованиеЦена
ЭИКLinear TechnologyLT8714EFE#PBFот 286 руб.
ЭлитанAnalog DevicesLT8714IFE334 руб.
ДКО ЭлектронщикLinear TechnologyLT8714EFE#PBFпо запросу
ЭлрусLT8714EFE#PBFпо запросу
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя