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标题: 可提供任意极性电压和电流的四象限电源 [打印本页]

作者: admin 时间: 2014-10-11 14:51
标题: 可提供任意极性电压和电流的四象限电源
　　常规的电源只能工作于第一象限，为负载提供正的输出电压和电流；或者，通过故意将输出误接，作为“负”电源静态地工作于第三象限。但是，常规的电源既不能工作在第二象限（例如，作为负电源的可调负载），也不能工作于第四象限（例如用特定恒流进行电池放电测试）。此外，它还不能作为负载条件或控制输入的函数，在各种工作模式之间进行天衣无缝的转换。图 1 所示电路采用了“互补的”传输晶体管配置，具有类似普通音频功率放大器的输出拓扑结构，可以实现全四象限功能。这一互补部分在较低电流设计中可以是基本的运算放大器输出端，而在涉及较大功率的情况下，可以使用外接功率 MOSFET。当采用 LT1970 功率运算放大器来控制电路的工作时，由于它具有内部闭环限流特性，控制各种工作模式下的输出就变得非常简单。

　　四象限电源至少可以提供 ±16V 的调节范围，同时具有高达 ±2A 的输出能力。图 1 示出了基于 LT1970 的基本稳压器电路部分。图 2 示出了用户控制模拟电路部分，它使用 LT1790-5 基准和 LT1882 四精密运算放大器。整个电路由一个预先稳压的 ±17V 主电源（图中未示出）供电。你可以配置用户控制电位VSET和ILIMIT来分别提供缓冲的命令信号VCONTROL和ICONTROL（图 2）。你可以将VCONTROL从-5V调到 5V，然后 LT1970稳压电路再将VCONTROL放大，形成标称的 ±16.5V 输出。你可将ICONTROL从 0V调到 5V；5V 代表最大用户电流极限命令。VCSNK和VCSRC微调电位器对ICONTROL信号进行衰减，为的是分别为吸入模式和供给模式设置精确的满刻度电流（图1）。
　　负载回路中的一只 0.1Ω 电阻器检测输出电流，并在限流工作期间为 LT1970 提供反馈。有了这只检测电阻器，只要将电流极限微调电位器调到 100%，就可使 LT1970 将输出电流限制在大约 ±5A。但是，由于本电路所要求的最大输出电流为 2A，所以你在校准时可将电位器调大约 40%。为了防止低输出电流时的内部控制争用，LT1970 设置一个与检测电阻器上大约40mA电流对应的最小电流极限阈值。LT1970 的另一个很有用的功能是可以提供状态标志，在本例中，状态标志只是驱动前面板LED指标何时进行限流操作。LT1970 采用双电源连线，从而能对模拟控制部分和内部输出部分独立供电。这种配置的灵活性使你可以通过 V （引脚 19）和 V-（引脚 2）连线中的电阻直接检测运算放大器的输出电流。有了这一功能，就能利用电流反馈方法建立 MOSFET 输出器件的 B 类工作状态，因为在这种状态下，运算放大器的输出电流被转换为栅极驱动电位，从而使 MOSFET 仅仅达到帮助运算放大器提供输出命令所需的导通程度。

　　由于电源必须驱动电容性重负载（即具有大电容值旁路电容的电路），又由于任何过压都可能会损坏电路，所以要密切注意补偿运算放大器在各种负载条件下的最小过冲。与大多数运算放大器一样，LT1970 的内部回路反馈和外部回路反馈都能达到容性负载容差。在这种情况下，运算放大器本身与负载是电阻去耦的。LT1970 的直流反馈采用差分电压检测来消除调节误差，否则会由于电流检测和与负载串联的引线电阻而产生调节误差。你可以在输出端连接两只廉价的数字式面板电表，实时监视输出情况（图 1）。（两只数字式面板电表并不共享“公共”连线，以免它们供电的复杂化。）请注意：所选的电流检测电阻能优化具有普通 ±200-mV 满刻度灵敏度数字面板表的显示，例如，可以显示到 ±1.999A。要注意的是：当你使用这种四象限电源代替普通单象限电源为敏感的电子设备供电时，将一只反向偏置的肖特基二极管（例如 1N5821 的阴极）连接到正连线和输出接线柱是一个很好的做法。此外，你可以在设计中使用断路继电器和电源定序器，以保护负载在主电源开启和关闭时不受强列反向瞬态过程的影响。
　　对任何一家电子实验室来说，可调电源都是一种不可缺少的工具。如果可调电源能在供给和吸入两种方向上连续调到0V，可调节地限制电流或两种功能兼而有之，则它在许多情况下就更有用。有了这些额外功能，就能很方便地驱动正在开发或测试的各种电路或对这些电路加负载，否则就需要专用的或定制的设备，如有源加载单元或直流补偿发生器。你如果采用多功能LT1970功率运算放大器来设计线性稳压器，就可以轻松获得这些功能，因为LT1970具有内置的可调节、闭环限流等功能。
作者:Jon Munson，Linear Technology，Milpitas，CA

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