【導讀】雖然簡單電壓轉換器可以從輸入電壓生成固定的輸出電壓，但在某些應用中，這種特性是不夠的。一個例子是控制與電容相連的電壓節點，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，在這樣的應用中，電源必須能夠根據需要提供或吸收電流。這種轉換器稱為四象限DC-DC轉換器。對于這樣的應用，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。
Q：首先，什么是四象限電源？
A：可以吸收和提供正負電流和電壓的電源。
雖然簡單電壓轉換器可以從輸入電壓生成固定的輸出電壓，但在某些應用中，這種特性是不夠的。一個例子是控制與電容相連的電壓節點，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，在這樣的應用中，電源必須能夠根據需要提供或吸收電流。這種轉換器稱為四象限DC-DC轉換器。對于這樣的應用，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顯示了降壓型開關穩壓器的這種功能。這里，在降壓轉換器關閉之后，開關S2長時間接通，輸出電容被放電。
圖1.通過簡單的輸出放電功能讓輸出電容放電。
一種優雅的控制電流和電壓的方法是采用四象限DC-DC轉換器。典型降壓轉換器僅在一個象限中工作。它可以產生正電壓，電流正向流動，即電流從DC-DC轉換器流向負載。使用四象限轉換器不僅能讓輸出電容放電，還能產生電壓。這是可能的，因為電流既可流向負載，也可從負載流出。在前面的關于輸出電容快速放電的例子中就是這種情況。四象限DC-DC轉換器的功能還不止于此。除了產生電壓之外，它還能將電流設置為任何電平。此電流可以為正或為負。這種四象限轉換器經常用在通用實驗室電源中。例如，用戶可以使用固定電流設置測試LED。太陽能電池也可以將四象限轉換器用作負載，以吸收某一預定電流。
另一個有趣的應用是利用LCD技術為窗戶玻璃著色。這通常需要精確設置正值和負值范圍內的電壓，以根據房間中當前的光線情況和需要的亮度來產生合適的色調。
圖2顯示了四象限對于電源的含義。在坐標系的象限中，x軸表示電壓，y軸表示電流。電流和電壓可以為正或為負。
圖2.四象限電壓轉換器。
因此，DC-DC轉換器既可用作能量來源，也可用作能量吸收器。換句話說，轉換器既可用作電源，也可用作電負載。
ADI LT8714 是用于四象限穩壓器的控制器。它擁有此類調節所需的全部功能。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和功率級的簡化電路圖。后者由兩個電感L1和L2、兩個開關Q1和Q2以及耦合電容CC組成。有關每個象限中的相應操作以及從一個象限到另一個象限的轉換行為的說明，請參閱LT8714數據手冊。
圖3.展示四象限電壓轉換器拓撲結構的簡化電路圖。
在某些應用中，電源需要在四個象限中工作。這可以通過LT8714等優化控制器輕松構建。電路設計非常簡單，而且其操作（特別是在頻繁出現的臨界0 V交越點附近）干凈可靠。
也有替代四象限穩壓器的方法，例如開關穩壓器拓撲，其必須并聯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。
LT8714
● 雙極性輸出可干凈地完成通過 0V 的轉換
● 輸出能供應或吸收電流以提供任何輸出電壓
● CTRL 引腳從外部設定輸出電壓
● 寬輸入范圍：4.5V 至 80V
● 電源良好指示引腳 (PG)
● 開關頻率高達 750kHz
● 可同步至一個外部時鐘
● 高增益 EN 引腳可接受緩慢變化的輸入信號
● 20 引腳 TSSOP 裸露襯墊封裝
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