《電子技術(shù)應(yīng)用》
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如何為ATE應(yīng)用創(chuàng)建具有拉電流和灌電流功能的雙輸出電壓軌

2023-04-29
作者:Jhun Rennel Sanchez,,產(chǎn)品應(yīng)用工程師和Anthony Serquiña,,高級應(yīng)用開發(fā)工程師
來源:ADI
關(guān)鍵詞: ADI DPS ATE LTC3871

  摘要

  本文詳細(xì)介紹一種創(chuàng)建雙輸出電壓軌的方法,該方法能為設(shè)備電源(DPS)提供正負(fù)電壓軌,,并且只需要一個雙向電源。傳統(tǒng)的設(shè)備電源供電方法使用兩個雙向(拉電流和灌電流能力)電源,,一個為正電壓軌供電,,一個為負(fù)電壓軌供電。這種配置不但笨重,,且成本高昂,。

  簡介

  DPS一般與自動測試設(shè)備(ATE)和其他測量設(shè)備搭配使用。ATE是一種電腦控制機械設(shè)備,,自動驅(qū)動傳統(tǒng)的手動電子測試設(shè)備來評估功能,、質(zhì)量、性能和應(yīng)力測試,。這些ATE需要配套的DPS提供四象限電源運行能力,。DPS是一種四象限電源,可以提供正電壓或負(fù)電壓,,同時具備拉電流和灌電流能力,。要使用DPS為更大電流的應(yīng)用供電,需要將多個DPS設(shè)備組合在一起,,以提高解決方案的電流容量,。DPS可以提供拉電流和獲取灌電流,所以DPS的電源必須具備同樣的功能,。采用雙輸出電壓軌設(shè)計旨在將所需的雙向電源的數(shù)量減少至一個,,同時仍然為DPS提供正負(fù)雙向電源。構(gòu)建雙向正電源非常簡單,,可以使用市面上提供拉電流和灌電流的多種IC實現(xiàn),。問題在于根據(jù)受測設(shè)備(DUT)的要求,負(fù)電源也需要具有拉電流和灌電流能力,。一種解決方案是使用雙向降壓IC,,該IC可以配置用作反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。例如LTC3871,,這是一個雙向降壓或升壓控制器,,可用于正電壓軌和負(fù)電壓軌。

  使用降壓IC設(shè)計反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器

  圖1顯示了降壓轉(zhuǎn)換器的簡化原理示意圖,。該轉(zhuǎn)換器獲取正電壓輸入,,然后輸出幅度更低的正電壓。圖2顯示了一個反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器,,它獲取正電壓輸出,,然后輸出幅度更小或更大的負(fù)電壓。如圖3所示,,可以按照以下步驟,,將降壓拓?fù)滢D(zhuǎn)換為反相降壓-升壓拓?fù)洌?/p>

  ▲將降壓轉(zhuǎn)換器的正電壓輸出轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)地

  ▲將降壓轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)地轉(zhuǎn)換為負(fù)電壓輸出節(jié)點

  ▲在降壓轉(zhuǎn)換器的VIN和正電壓輸出之間施加輸入電壓

  圖4顯示了將降壓IC轉(zhuǎn)換為反相降壓-升壓配置的簡化原理圖,。

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  圖1.降壓轉(zhuǎn)換器。

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  圖2.反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器,。

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  圖3.將降壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為反相降壓-升壓配置,。

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  圖4.反相降壓-升壓拓?fù)渲惺褂玫慕祲篒C。

  轉(zhuǎn)換降壓IC的工作原理

  拉電流

  圖5顯示反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的波形,,以及提供拉電流時的電流路徑,。圖5a顯示控制MOSFET導(dǎo)通時轉(zhuǎn)換器中的電流流動。圖5c顯示控制MOSFET中的電流流動,,其平均值為輸入電流,。在這段時間內(nèi),,電感開始儲存電能,,使電流升高,輸出電容為負(fù)載供電,。在此期間,,電感電壓等于輸入電壓。

  當(dāng)control MOSFET關(guān)斷后,,sync MOSFET導(dǎo)通,,圖5b顯示sync MOSFET中的電流流動。輸出電流是sync MOSFET的平均電流,,電感電壓等于輸出電壓,。當(dāng)電感開始為負(fù)載和電容器供電時,其電流開始下降,。每個開關(guān)周期都如此重復(fù),。

  轉(zhuǎn)換器反饋控制脈寬調(diào)制(PWM),將輸出電壓調(diào)節(jié)至分壓電阻設(shè)置的所需電平,。公式1顯示了輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系,。

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  其中

  ▲VOUT =輸出電壓

  ▲VIN =輸入電壓

  ▲D =占空比

  ▲η = 系統(tǒng)效率

  占空比大于50%時,輸出電壓大于輸入電壓,,占空比小于50%時,,輸出電壓小于輸入電壓。

  灌電流

  轉(zhuǎn)換器開始獲取灌電流時,,電流從輸出流向輸入,,如圖6a和6b所示。圖6c和6d分別顯示了電流流經(jīng)控制MOSFET和sync MOSFET的過程,。由于轉(zhuǎn)換器正在獲取灌電流,,所以負(fù)電流會流經(jīng)MOSFET。測試結(jié)果部分顯示了獲取灌電流期間的負(fù)電感電流,。

  測試結(jié)果

  圖7顯示用于測試設(shè)計的拉灌電流和灌拉電流能力的實際設(shè)置,。圖8顯示了該設(shè)置的框圖,。雙向直流電源用作VPOS的電源,處于CV模式,。另一個直流電源連接至VNEG的輸出,。此直流電源控制流入系統(tǒng)的電流量。阻塞二極管與該直流電源串聯(lián),,確保轉(zhuǎn)換器提供拉電流時不會有電流流入轉(zhuǎn)換器,。電子負(fù)載用作初始負(fù)載,以表明系統(tǒng)能夠從提供拉電流轉(zhuǎn)換為獲取灌電流,,反之亦然,。

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  圖5.(a)導(dǎo)通期間的電流流動,(b)關(guān)斷期間的電流流動,,(c)流經(jīng)頂部/控制MOSFET的電流,,(d)流經(jīng)底部/sync MOSFET的電流,(e)電感電壓,。

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  圖6.(a)導(dǎo)通期間的電流流動,,(b)關(guān)斷期間的電流流動,(c)流經(jīng)頂部/控制MOSFET的電流,,(d)流經(jīng)底部/sync MOSFET的電流,。

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  圖7.用于進行拉灌電流測試的電路板設(shè)置。

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  圖8.該測試板電路設(shè)置的框圖,。

  捕捉到的波形如圖9所示,。直流電源開啟后,VNEG電壓軌開始獲取灌電流,。從電感電流波形可以看出,,它從正電流轉(zhuǎn)為負(fù)電流。在VNEG獲取灌電流時,,系統(tǒng)在此條件下保持開環(huán),,拉灌電流由外部直流電源的CC模式控制。圖10所示的VPOS也是如此,。連接至其輸出的直流電電源開啟后,,VPOS電壓軌開始獲取灌電流。

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  圖9.VNEG拉電流向灌電流轉(zhuǎn)變(+1 A至–20 A),。

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  圖10.VPOS拉電流向灌電流轉(zhuǎn)變(+1 A至–20 A),。

  捕捉到的波形如圖11所示,展示了系統(tǒng)從拉電流向灌電流轉(zhuǎn)變的行為,。從電感電流可以看出,,它從負(fù)電流轉(zhuǎn)為正電流。這表明停止向VNEG施加DC電壓之后,,電流重新轉(zhuǎn)變?yōu)槔娏?。圖12所示的VPOS電源軌也是如此,。

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  圖11.VNEG灌電流向拉電流轉(zhuǎn)變(-20 A至+1 A)。

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  圖12.VPOS灌電流向拉電流轉(zhuǎn)變(-20 A至+1 A),。

  結(jié)論

  雙輸出電壓軌能夠進行VPOS和VNEG雙向供電,,所以減少了所需的設(shè)備數(shù)量。因為灌入一個電源軌的電流可用于為另一個電源軌供電,,使得主電源拉取的電流減少,,所以其效率更高。該設(shè)計還有另一個優(yōu)勢,,即在設(shè)計雙向反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器時,,可供選擇的IC會更多。

  參考資料

  Matthew Kessler,?!癆N-1083(版本A):利用開關(guān)穩(wěn)壓器ADP2300和ADP2301設(shè)計反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器?!保?a class="innerlink" href="http://forexkbc.com/tags/ADI" target="_blank">ADI公司,,2010年)

  Ricky Yang?!癆N-1168(版本0):采用ADP2384/ADP2386同步降壓DC-DC穩(wěn)壓器設(shè)計反相電源?!保ˋDI公司,,2012年)



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