台式电源 （PS） 往往具有偶数个端子（忽略机箱端口），具有一个正端子和一个负端子。使用台式电源产生正极性输出很容易：将负输出设置为 GND，将正输出电压设置为正输出。通过反转设置来产生负电源同样容易。但是，如果产生一个双极电源，其中正电压和负电压都可用于负载呢？
　　这也相对简单——只需将一个实验室通道的正极端子连接到另一个通道的负极端子，然后调用该 GND。另外两个端子 minus 和 plus 分别是正电源和负电源。结果是一个三端子双极电源，具有可用的 GND、正和负电压电平。由于使用了三个端子，因此电源下游的正电源和负电源之间必须有一些开关。
　　如果应用要求同一电源端子为正极或负极，即只为负载提供两个端子的设置，该怎么办？这不是一个纯粹的学术问题。汽车和工业环境中的一些应用需要双极、可调的双端子电源。例如，两个端子双极电源用于从异国情调的窗户着色到测试和测量设备的应用。
　　如前所述，传统的双极 PS 使用三个输出端子产生两个输出：正、负和 GND。相比之下，单输出电源应仅配备两个输出端子：一个 GND 和另一个可以是正或负的。在此类应用中，输出电压可以通过单个控制信号相对于 GND 进行调节，范围从负到正。有些控制器是专门为实现双极性电源功能而设计的，例如双极性输出同步控制器 LT8714。然而，对于许多汽车和工业制造商来说，测试和鉴定专用 IC 需要投入一些时间和金钱。相比之下，许多制造商已经拥有通过资格预审的降压转换器和控制器，因为它们用于无数的汽车和工业应用。本文介绍了当无法选择专用双极电源 IC 时，如何使用降压转换器产生双极 PS。

　　电路描述和功能

　　图 1 显示了一种基于降压转换器的解决方案，适用于双极（两象限）可调电源。输入电压范围为 12 V 至 15 V;输出为 ±10 V 范围内的任何电压，由控制块调节，支持高达 6 A 的负载。双输出降压控制器 IC 是该设计的元件。每个降压-升压拓扑连接一个输出，产生稳定的 –12 V（即图 1 中的 –12 V 负轨，其电源链包括 L2、Q2、Q3 和输出滤波器 CO2）。

　　双端子、双极、可调电源的电气原理图

　　图 1：双端子、双极、可调电源的电气原理图
　　–12 V 轨用作第二个通道的接地，控制器的接地引脚也连接到 –12 V 轨。总的来说，这是一款降压转换器，其中输入电压是 –12 V 和 V 之间的差值在.输出是可调的，相对于 GND 可以是正的，也可以是负的。请注意，输出相对于 –12 V 电源轨始终为正，包括由 L1、Q1、Q4 和 C 组成的电源链O1.反馈电阻分压器 RB–RA 设置输出电压。该分压器的值由输出电压控制电路调节，该电路可以通过向 RA 注入电流来将输出调节到输出电压（负输出）。应用程序启动特性由 RUN 和 TRACK/SS 引脚的终止设置。
　　两个输出均在强制连续导通模式下工作。在输出控制电路中，0 μA 至 200 μA 电流源 ICtrl 键、连接到实验室中测试的负轨，但它也可以参考 GND。低通滤波器 RF1 系列–CF减少快速输出瞬变。为了降低转换器的成本和尺寸，使用相对便宜的极化电容器形成输出滤波器。可选的二极管 D1 和 D2 可防止在这些电容器上产生反向电压，尤其是在启动时。如果只使用陶瓷电容器，则不需要二极管。
　　转换器测试和评估
　　该解决方案基于 LTC3892 和评估套件 DC1998A 和 DC2493A 进行了测试和评估。该转换器在许多测试中表现良好，包括线路和负载调节、瞬态响应和输出短路。图 2 显示了启动至 6 A 负载，输出为 +10 V。控制电流和输出电压之间的函数线性度如图 3 所示。当控制电流从 0 μA 增加到 200 μA 时，输出电压从 +10 V 降低到 –10 V。图 4 显示了效率曲线。

　　将启动波形转换为电阻负载

　　图 2：电阻负载的启动波形。

　　VOUT 与控制电流 ICTRL 的关系。当 ICTRL 从 0 A 增加到 200 μA 时，输出电压从 +10 V 下降到 –10 V。

　　图 3：VOUT 与控制电流 ICTRL 的关系。当 ICTRL 从 0 A 增加到 200 μA 时，输出电压从 +10 V 下降到 –10 V。

　　开发了双极双端子电源的 LTspice 模型，以简化这种方法的采用，使设计人员能够分析和仿真上述电路、引入变化、查看波形和研究元件应力。

　　正输出和负输出的效率曲线。
　　图 4：正输出和负输出的效率曲线。
　　描述此拓扑的基本公式和表达式
　　这种方法基于负轨 V负离子，由设计的 buck-boost 部分生成。
　　$$V_{NEG} = V_{OUT} + V_{OUT} \times K_m \ \ \ （1）$$
　　其中 V外是输出电压和 K 的m是介于 0.1 到 0.3 之间的系数。Km限制降压转换器的占空比。V负离子还设置 V 的值在:
　　$$V_{IN} \geq |V_{NEG}|\ \ \ （2）$$
　　$$V_{BUCK} = |V_{NEG}|+ V_{IN}$$
　　其中 V麚是降压部分的输入电压，因此表示转换器半导体上的电压应力：
　　$$V_{BUCK（MAX）} = |V_{NEG}|+V_{出} \ \ \ \ \ （3）$$
　　$$V_{BUCK（分钟）} = |V_{NEG}|- V_{OUT}$$
　　V降压（MAX）和 V降压（MIN）分别是该拓扑的降压部分的和电压。降压部分的和占空比以及电感电流可以用以下表达式来描述，其中 I外是输出电流：
　　$$D_{BUCK（MAX）} = V_{BUCK（MAX）} / V_{BUCK} \ \ \ （4）$$
　　$$D_{BUCK（MIN）} = V_{BUCK（MIN）} / V_{BUCK}$$
　　$$I_{L（BUCK）} = I_{OUT} + \Delta I_I$$
　　PS 的降压-升压部分的占空比：
　　$$D_{BB} = |V_{NEG}|/ （V_{IN} + |V_{NEG}|）\ \ \ （5）$$
　　降压部分的输入功率以及相应的降压-升压型输出功率：
　　$$P_{OUT（BB）} = （V_{OUT} \times I_{OUT}） / \eta \ \ \ \ （6）$$
　　转换器功率和输入电流。
　　$$I_{OUT（BB）} = P_{OUT（BB）} / |V_{NEG}|\ \ \ \ \ （7）$$
　　$$I_L（BB） = I_{OUT（BB）} / （1-D_{BB}） + \Delta I_2$$
　　输出电压变化是通过向降压部分的反馈电阻分压器注入来实现的。图 1 的输出电压控制电路部分说明了如何设置输出电压控制。
　　如果给出 RB，则
　　$$P_{BB} = P_{OUT（BB）} / \eta \ \ \ \ \ （8）$$
　　$$I_{BB} = P_{BB} / V_{IN}$$
　　其中 VFB的是反馈引脚电压。
　　当当前源 ICtrl 键向 R 注入零电流一个，则降压转换器的输出电压为正值 （V降压（MAX）） 相对于负轨和输出电压 （+ V）外） 相对于 GND 的 API 的 API 的 ID 值。为了向负载产生负输出电压（相对于 GND），输出电压降低到其值 V降压（MIN），相对于负输出电压 （–V外），通过将 ΔI 注入电阻器 R一个降压转换器的分压器。
　　数值示例
　　通过使用前面的方程，我们可以计算电压应力、通过动力总成组件的电流以及双极电源控制电路的参数。例如，以下计算适用于从 14 V 输入电压产生 ±10 V/6 A 的电源。
　　如果 Km为 0.2，则 V负离子= –12 V. 验证输入电压 V 的条件在≥ |V负离子|.半导体 V 上的电压应力麚为 26 V。
　　降压部分的电压为 V降压（MAX）= 22 V，相对于负轨，将输出电压相对于 GND 设置为 +10 V。电压 V降压（MIN）= 2 V，对应于相对于 GND 的 –10 V 输出电压。这些和电压对应于和占空比 D降压（MAX）= 0.846，D降压（MIN）= 0.077 和 DBB系列= 0.462 的
　　功率可以通过假设效率为 90% 来计算，产生 P输出 （BB）= 66.67 瓦，I输出 （BB）= 5.56 A，我L（BB）= 10.37 A 和 PBB系列= 74.074 瓦。
　　对于 +10 V 的输出电压（如图 1），控制电路电流 ΔI 为 0 μA，而对于 –10 V 的输出电压，ΔI = 200 μA。