如何设计四象限电压转换电路？

四象限电源是：可以吸收和提供正负电流和电压的电源。

虽然简单电压转换器可以从输入电压生成固定的输出电压，但在某些应用中，这种特性是不够的。

举个例子：控制与电容相连的电压节点，这些电容可以充电至任何电压。如果需要降低其电压，则其必须部分放电。因此，在这样的应用中，电源必须能够根据需要提供或吸收电流。这种转换器称为四象限DC-DC转换器。

对于这样的应用，可以使用具有输出放电功能的电源。它可以让输出电容快速放电。下图显示了降压型开关稳压器的这种功能。这里，在降压转换器关闭之后，开关S2长时间接通，输出电容被放电。

通过简单的输出放电功能让输出电容放电

一种优雅的控制电流和电压的方法是采用四象限DC-DC转换器。

典型降压转换器仅在一个象限中工作，它可以产生正电压，电流正向流动，即电流从DC-DC转换器流向负载。

使用四象限转换器不仅能让输出电容放电，还能产生电压，因为电流既可流向负载，也可从负载流出，在前面的关于输出电容快速放电的例子中就是这种情况。

四象限DC-DC转换器的功能还不止于此，除了产生电压之外，它还能将电流设置为任何电平，此电流可以为正或为负，这种四象限转换器经常用在通用实验室电源中。例如，用户可以使用固定电流设置测试LED，太阳能电池也可以将四象限转换器用作负载，以吸收某一预定电流。

另一个有趣的应用是利用LCD技术为窗户玻璃着色，这通常需要精确设置正值和负值范围内的电压，以根据房间中当前的光线情况和需要的亮度来产生合适的色调。

下图显示了四象限对于电源的含义，在坐标系的象限中，x轴表示电压，y轴表示电流，电流和电压可以为正或为负。

四象限电压转换器

因此，DC-DC转换器既可用作能量来源，也可用作能量吸收器，换句话说，转换器既可用作电源，也可用作电负载。

展示四象限电压转换器拓扑结构的简化电路图

ADI 公司的 LT8714 是用于四象限稳压器的控制器。它拥有此类调节所需的全部功能。

在某些应用中，电源需要在四个象限中工作。这可以通过 LT8714 等优化控制器轻松构建。电路设计非常简单，而且其操作（特别是在频繁出现的临界0 V 交越点附近）干净可靠。

也有替代四象限稳压器的方法，例如开关稳压器拓扑，其必须并联连接以支持多象限功能。然而，与使用专用四象限解决方案相比，这些方法的成本常常更高。

来源：学习总结ADI智库。

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