淺析雙極性電源提供電流的工作原理

雙極性電源提供電流的工作原理是怎么樣的吶?下圖的波形顯示了雙極性電源電路的工作狀態(tài)。在 VIN 端施加輸入電壓時(shí)，如果輸入降至 12 V 以下，升壓轉(zhuǎn)換器會(huì)將其輸出 VINTER 調(diào)節(jié)至 12 V。如果 VIN 超過標(biāo)稱 12 V 汽車電軌的 12 V 典型值，升壓轉(zhuǎn)換器會(huì)進(jìn)入 Pass-Thru? 。在這種模式下，頂部 MOSFET Q1 會(huì)在 100%占空比始終導(dǎo)通工作，所以不會(huì)進(jìn)行切換操作;施加于 4 象限轉(zhuǎn)換器的電壓 VINTER 相對(duì)穩(wěn)定地保持在 VIN。

圖 1.VIN 從 14 V 降低至 5 V 時(shí)的波形。VIN = 5 V/div ，VOUT = 5 V/div ，升壓 SW = 10 V/div ，時(shí)標(biāo)為 200 μs/div 。

與典型的 2 級(jí)器件(即升壓轉(zhuǎn)換器后接降壓 / 反相)相比，這種方法大幅提升了系統(tǒng)效率。這是因?yàn)?Pass-Thru 模式下(系統(tǒng)大部分時(shí)間都處于此模式)的效率可以接近 100%，實(shí)質(zhì)上將功率系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)閱渭?jí)轉(zhuǎn)換器。如果輸入電壓降低至 12 V 電平以下(例 如，在冷啟動(dòng)期間)，升壓轉(zhuǎn)換器將切換為將 VINTER 至 12 V 調(diào)節(jié)至 12 V。采用此方法，即使輸入電壓急劇下降，4 象限轉(zhuǎn)換器也能夠提供±10 V 電壓。

控制電壓達(dá)到最大值(在本例中，為 1.048 V)時(shí)，轉(zhuǎn)換器輸出為+10 V?？刂齐妷哼_(dá)到最小值(100 mV)時(shí)，轉(zhuǎn)換器輸出為–10 V?？刂齐? 壓與輸出電壓之間的關(guān)系如圖 2 所示，其中控制電壓為 60 Hz 正弦信號(hào)頻率，峰峰值幅度為 0.9048 V。由此得到的轉(zhuǎn)換器輸出為相應(yīng)的 60 Hz 正弦波，峰峰值幅度為 20 V。輸出從–10 V 平穩(wěn)變化為+10 V。

圖 2. 與正弦控制信號(hào)呈函數(shù)關(guān)系的正弦波輸出波形。VCTRL= 0.5 V/div, VOUT = 5 V/div ，時(shí)標(biāo)為 5 ms/div 。

在此工作模式下，4 象限轉(zhuǎn)換器調(diào)節(jié)輸出電壓。輸出電壓由 U1 通過其 FB 引腳上的電阻 RFB 來感測(cè)。將該引腳上的電壓與控制電壓相比較，并根據(jù)比較結(jié)果調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換器的占空比(即 QN1 上的柵極信號(hào))，使輸出電壓保持穩(wěn)定。如果 VINTER, CONTROL, 或 VOUT 發(fā)生變化，會(huì)進(jìn)行占空比調(diào)制，從而相應(yīng)地調(diào)節(jié)輸出。MOSFET QP1 與 QN1 同步開關(guān)，以實(shí)現(xiàn)同步整流，進(jìn)一步充分提高效率，如圖3所示。

圖 3. 效率與負(fù)載電流的關(guān)系