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  什么是四象限電源?

  可以吸收和提供正負(fù)電流和電壓的電源。雖然簡(jiǎn)單電壓轉(zhuǎn)換器可以從輸入電壓生成固定的輸出電壓，但在某些應(yīng)用中，這種特性是不夠的。一個(gè)例子是控制與電容相連的電壓節(jié)點(diǎn)，這些電容可以充電至任何電壓。如果需要降低其電壓，則其必須部分放電。因此，在這樣的應(yīng)用中，電源必須能夠根據(jù)需要提供或吸收電流。這種轉(zhuǎn)換器稱為四象限D(zhuǎn)C-DC轉(zhuǎn)換器。對(duì)于這樣的應(yīng)用，可以使用具有輸出放電功能的電源。它可以讓輸出電容快速放電。圖1顯示了降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器的這種功能。這里，在降壓轉(zhuǎn)換器關(guān)閉之后，開關(guān)S2長(zhǎng)時(shí)間接通，輸出電容被放電。

  圖1.通過簡(jiǎn)單的輸出放電功能讓輸出電容放電

  一種優(yōu)雅的控制電流和電壓的方法是采用四象限D(zhuǎn)C-DC轉(zhuǎn)換器。典型降壓轉(zhuǎn)換器僅在一個(gè)象限中工作。它可以產(chǎn)生正電壓，電流正向流動(dòng)，即電流從DC-DC轉(zhuǎn)換器流向負(fù)載。使用四象限轉(zhuǎn)換器不僅能讓輸出電容放電，還能產(chǎn)生電壓。這是可能的，因?yàn)殡娏骷瓤闪飨蜇?fù)載，也可從負(fù)載流出。在前面的關(guān)于輸出電容快速放電的例子中就是這種情況。四象限D(zhuǎn)C-DC轉(zhuǎn)換器的功能還不止于此。除了產(chǎn)生電壓之外，它還能將電流設(shè)置為任何電平。此電流可以為正或?yàn)樨?fù)。這種四象限轉(zhuǎn)換器經(jīng)常用在通用實(shí)驗(yàn)室電源中。例如，用戶可以使用固定電流設(shè)置測(cè)試LED。太陽(yáng)能電池也可以將四象限轉(zhuǎn)換器用作負(fù)載，以吸收某一預(yù)定電流。

  另一個(gè)有趣的應(yīng)用是利用LCD技術(shù)為窗戶玻璃著色。這通常需要精確設(shè)置正值和負(fù)值范圍內(nèi)的電壓，以根據(jù)房間中當(dāng)前的光線情況和需要的亮度來(lái)產(chǎn)生合適的色調(diào)。

  圖2顯示了四象限對(duì)于電源的含義。在坐標(biāo)系的象限中，x軸表示電壓，y軸表示電流。電流和電壓可以為正或?yàn)樨?fù)。

  圖2.四象限電壓轉(zhuǎn)換器

  因此，DC-DC轉(zhuǎn)換器既可用作能量來(lái)源，也可用作能量吸收器。換句話說(shuō)，轉(zhuǎn)換器既可用作電源，也可用作電負(fù)載。

  ADI LT8714 是用于四象限穩(wěn)壓器的控制器。它擁有此類調(diào)節(jié)所需的全部功能。例如，使用該IC可以精確維持0 V的電壓。圖3顯示了帶有控制器IC和功率級(jí)的簡(jiǎn)化電路圖。后者由兩個(gè)電感L1和L2、兩個(gè)開關(guān)Q1和Q2以及耦合電容CC組成。有關(guān)每個(gè)象限中的相應(yīng)操作以及從一個(gè)象限到另一個(gè)象限的轉(zhuǎn)換行為的說(shuō)明，請(qǐng)參閱LT8714數(shù)據(jù)手冊(cè)。

  圖3.展示四象限電壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化電路圖

  在某些應(yīng)用中，電源需要在四個(gè)象限中工作。這可以通過LT8714等優(yōu)化控制器輕松構(gòu)建。電路設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單，而且其操作(特別是在頻繁出現(xiàn)的臨界0 V交越點(diǎn)附近)干凈可靠。

  也有替代四象限穩(wěn)壓器的方法，例如開關(guān)穩(wěn)壓器拓?fù)洌浔仨毑⒙?lián)連接以支持多象限功能。然而，與使用專用四象限解決方案相比，這些方法的成本常常更高。