【導讀】本文詳細介紹一種創建雙輸出電壓軌的方法，該方法能為設備電源(DPS)提供正負電壓軌
，並且隻需要一個雙向電源。傳統的設備電源供電方法使用兩個雙向（拉電流和灌電流能力）電源，一個為正電壓軌供電
，一個為負電壓軌供電。這種配置不但笨重，且成本高昂。

簡介

DPS一般與自動測試設備(ATE)和其他測量設備搭配使用。ATE是一種電腦控製機械設備，自動驅動傳統的手動電子測試設備來評估功能、質量、性能和應力測試。這些ATE需要配套的DPS提供四象限電源運行能力。DPS是一種四象限電源
，可以提供正電壓或負電壓
，同時具備拉電流和灌電流能力。要使用DPS為更大電流的應用供電，需要將多個DPS設備組合在一起
，以提高解決方案的電流容量。DPS可以提供拉電流和獲取灌電流
，所以DPS的電源必須具備同樣的功能。采用雙輸出電壓軌設計旨在將所需的雙向電源的數量減少至一個
，同時仍然為DPS提供正負雙向電源。構建雙向正電源非常簡單
，可以使用市麵上提供拉電流和灌電流的多種IC實現。問題在於根據受測設備(DUT)的要求
，負電源也需要具有拉電流和灌電流能力。一種解決方案是使用雙向降壓IC，該IC可以配置用作反相降壓-升壓轉換器。例如 LTC3871，這是一個雙向降壓或升壓控製器
，可用於正電壓軌和負電壓軌。

使用降壓IC設計反相降壓-升壓轉換器

圖1顯示了降壓轉換器的簡化原理示意圖。該轉換器獲取正電壓輸入，然後輸出幅度更低的正電壓。圖2顯示了一個反相降壓-升壓轉換器，它獲取正電壓輸出

，然後輸出幅度更小或更大的負電壓。如圖3所示，可以按照以下步驟
，將降壓拓撲轉換為反相降壓-升壓拓撲：

●   將降壓轉換器的正電壓輸出轉換為係統地

●   將降壓轉換器的係統地轉換為負電壓輸出節點

●   在降壓轉換器的VIN和正電壓輸出之間施加輸入電壓

圖4顯示了將降壓IC轉換為反相降壓-升壓配置的簡化原理圖。

圖1.降壓轉換器。

圖2.反相降壓-升壓轉換器。

圖3.將降壓轉換器轉換為反相降壓-升壓配置。

圖4.反相降壓-升壓拓撲中使用的降壓IC。

轉換降壓IC的工作原理

拉電流

圖5顯示反相降壓-升壓轉換器的波形
，以及提供拉電流時的電流路徑。圖5a顯示控製MOSFET導通時轉換器中的電流流動。圖5c顯示控製MOSFET中(zhong)的(de)電(dian)流(liu)流(liu)動(dong)
，其(qi)平(ping)均(jun)值(zhi)為(wei)輸(shu)入(ru)電(dian)流(liu)。在(zai)這(zhe)段(duan)時(shi)間(jian)內(nei)，電(dian)感(gan)開(kai)始(shi)儲(chu)存(cun)電(dian)能(neng)
，使(shi)電(dian)流(liu)升(sheng)高(gao)
，輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)為(wei)負(fu)載(zai)供(gong)電(dian)。在(zai)此(ci)期(qi)間(jian)

，電(dian)感(gan)電(dian)壓(ya)等(deng)於(yu)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)。

當control MOSFET（建議這裏control 不要翻譯）關斷後
，sync MOSFET導通，圖5b顯示sync MOSFET中的電流流動。輸出電流是sync MOSFET的平均電流
，電感電壓等於輸出電壓。當電感開始為負載和電容器供電時，其電流開始下降。每個開關周期都如此重複。

轉換器反饋控製脈寬調製(PWM)
，將輸出電壓調節至分壓電阻設置的所需電平。公式1顯示了輸出電壓與輸入電壓之間的關係。

其中

●   VOUT =輸出電壓

●   VIN =輸入電壓

●   D =占空比

●   η = 係統效率

占空比大於50%時
，輸出電壓大於輸入電壓，占空比小於50%時，輸出電壓小於輸入電壓。

圖5.(a)導通期間的電流流動，(b)關斷期間的電流流動，(c)流經頂部/控製MOSFET的電流

，(d)流經底部/sync MOSFET的電流
，(e)電感電壓。

灌電流

轉換器開始獲取灌電流時，電流從輸出流向輸入，如圖6a和6b所示。圖6c和6d分別顯示了電流流經控製MOSFET和sync MOSFET的過程。由於轉換器正在獲取灌電流，所以負電流會流經MOSFET。測試結果部分顯示了獲取灌電流期間的負電感電流。

圖6.(a)導通期間的電流流動，(b)關斷期間的電流流動，(c)流經頂部/控製MOSFET的電流，(d)流經底部/sync MOSFET的電流。

測試結果

圖7顯示用於測試設計的拉灌電流和灌拉電流能力的實際設置。圖8顯示了該設置的框圖。雙向直流電源用作VPOS的電源
，處於CV模式。另一個直流電源連接至VNEG的de輸shu出chu。此ci直zhi流liu電dian源yuan控kong製zhi流liu入ru係xi統tong的de電dian流liu量liang。阻zu塞sai二er極ji管guan與yu該gai直zhi流liu電dian源yuan串chuan聯lian，確que保bao轉zhuan換huan器qi提ti供gong拉la電dian流liu時shi不bu會hui有you電dian流liu流liu入ru轉zhuan換huan器qi。電dian子zi負fu載zai用yong作zuo初chu始shi負fu載zai
，以yi表biao明ming係xi統tong能neng夠gou從cong提ti供gong拉la電dian流liu轉zhuan換huan為wei獲huo取qu灌guan電dian流liu，反fan之zhi亦yi然ran。

圖7.用於進行拉灌電流測試的電路板設置。

圖8.該測試板電路設置的框圖。

捕捉到的波形如圖9所示。直流電源開啟後
，VNEG電壓軌開始獲取灌電流。從電感電流波形可以看出，它從正電流轉為負電流。在VNEG獲取灌電流時，係統在此條件下保持開環，拉灌電流由外部直流電源的CC模式控製。圖10所示的VPOS也是如此。連接至其輸出的直流電電源開啟後
，VPOS電壓軌開始獲取灌電流。

圖9.VNEG拉電流向灌電流轉變（+1 A至–20 A）。

圖10.VPOS拉電流向灌電流轉變（+1 A至–20 A）。

捕捉到的波形如圖11所示
，展示了係統從拉電流向灌電流轉變的行為。從電感電流可以看出
，它從負電流轉為正電流。這表明停止向VNEG施加DC電壓之後，電流重新轉變為拉電流。圖12所示的VPOS電源軌也是如此。

圖11.VNEG灌電流向拉電流轉變（-20 A至+1 A）。

圖12.VPOS灌電流向拉電流轉變（-20 A至+1 A）。

結論

雙輸出電壓軌能夠進行VPOS和VNEG雙shuang向xiang供gong電dian，所suo以yi減jian少shao了le所suo需xu的de設she備bei數shu量liang。因yin為wei灌guan入ru一yi個ge電dian源yuan軌gui的de電dian流liu可ke用yong於yu為wei另ling一yi個ge電dian源yuan軌gui供gong電dian，使shi得de主zhu電dian源yuan拉la取qu的de電dian流liu減jian少shao
，所suo以yi其qi效xiao率lv更geng高gao。該gai設she計ji還hai有you另ling一yi個ge優you勢shi，即ji在zai設she計ji雙shuang向xiang反fan相xiang降jiang壓ya-升壓轉換器時

，可供選擇的IC會更多。

參考電路

Matthew Kessler。 “AN-1083（版本A）：利用開關穩壓器ADP2300和ADP2301設計反相降壓-升壓轉換器。（ADI公司，2010年）。

Ricky Yang。 “AN-1168（版本0）：采用ADP2384/ADP2386同步降壓DC-DC穩壓器設計反相電源。（ADI公司，2012年）。

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