【世说设计】如何为ATE应用创建具有拉电流和灌电流功能的双输出电压轨
本文详细介绍一种创建双输出电压轨的方法，该方法能为设备电源(dps)提供正负电压轨，并且只需要一个双向电源。传统的设备电源供电方法使用两个双向（拉电流和灌电流能力）电源，一个为正电压轨供电，一个为负电压轨供电。这种配置不但笨重，且成本高昂。
dps一般与自动测试设备(ate)和其他测量设备搭配使用。ate是一种电脑控制机械设备，自动驱动传统的手动电子测试设备来评估功能、质量、性能和应力测试。这些ate需要配套的dps提供四象限电源运行能力。dps是一种四象限电源，可以提供正电压或负电压，同时具备拉电流和灌电流能力。要使用dps为更大电流的应用供电，需要将多个dps设备组合在一起，以提高解决方案的电流容量。dps可以提供拉电流和获取灌电流，所以dps的电源必须具备同样的功能。采用双输出电压轨设计旨在将所需的双向电源的数量减少至一个，同时仍然为dps提供正负双向电源。构建双向正电源非常简单，可以使用市面上提供拉电流和灌电流的多种ic实现。问题在于根据受测设备(dut)的要求，负电源也需要具有拉电流和灌电流能力。一种解决方案是使用双向降压ic，该ic可以配置用作反相降压-升压转换器。例如 ltc3871，这是一个双向降压或升压控制器，可用于正电压轨和负电压轨。
1使用降压ic设计反相降压-升压转换器
图1显示了降压转换器的简化原理示意图。该转换器获取正电压输入，然后输出幅度更低的正电压。图2显示了一个反相降压-升压转换器，它获取正电压输出，然后输出幅度更小或更大的负电压。如图3所示，可以按照以下步骤，将降压拓扑转换为反相降压-升压拓扑：
将降压转换器的正电压输出转换为系统地
将降压转换器的系统地转换为负电压输出节点
在降压转换器的vin和正电压输出之间施加输入电压
图4显示了将降压ic转换为反相降压-升压配置的简化原理图。
图1.降压转换器。
图2.反相降压-升压转换器。
图3.将降压转换器转换为反相降压-升压配置。
图4.反相降压-升压拓扑中使用的降压ic。
2转换降压ic的工作原理
拉电流
图5显示反相降压-升压转换器的波形，以及提供拉电流时的电流路径。图5a显示控制mosfet导通时转换器中的电流流动。图5c显示控制mosfet中的电流流动，其平均值为输入电流。在这段时间内，电感开始储存电能，使电流升高，输出电容为负载供电。在此期间，电感电压等于输入电压。
当control mosfet关断后，sync mosfet导通，图5b显示sync mosfet中的电流流动。输出电流是sync mosfet的平均电流，电感电压等于输出电压。当电感开始为负载和电容器供电时，其电流开始下降。每个开关周期都如此重复。
转换器反馈控制脉宽调制(pwm)，将输出电压调节至分压电阻设置的所需电平。公式1显示了输出电压与输入电压之间的关系。
其中
vout =输出电压
vin =输入电压
d =占空比
η = 系统效率
占空比大于50%时，输出电压大于输入电压，占空比小于50%时，输出电压小于输入电压。
图5.(a)导通期间的电流流动，(b)关断期间的电流流动，(c)流经顶部/控制mosfet的电流，(d)流经底部/sync mosfet的电流，(e)电感电压。
灌电流
转换器开始获取灌电流时，电流从输出流向输入，如图6a和6b所示。图6c和6d分别显示了电流流经控制mosfet和sync mosfet的过程。由于转换器正在获取灌电流，所以负电流会流经mosfet。测试结果部分显示了获取灌电流期间的负电感电流。
图6.(a)导通期间的电流流动，(b)关断期间的电流流动，(c)流经顶部/控制mosfet的电流，(d)流经底部/sync mosfet的电流。
3测试结果
图7显示用于测试设计的拉灌电流和灌拉电流能力的实际设置。图8显示了该设置的框图。双向直流电源用作vpos的电源，处于cv模式。另一个直流电源连接至vneg的输出。此直流电源控制流入系统的电流量。阻塞二极管与该直流电源串联，确保转换器提供拉电流时不会有电流流入转换器。电子负载用作初始负载，以表明系统能够从提供拉电流转换为获取灌电流，反之亦然。
图7.用于进行拉灌电流测试的电路板设置。
图8.该测试板电路设置的框图。
捕捉到的波形如图9所示。直流电源开启后，vneg电压轨开始获取灌电流。从电感电流波形可以看出，它从正电流转为负电流。在vneg获取灌电流时，系统在此条件下保持开环，拉灌电流由外部直流电源的cc模式控制。图10所示的vpos也是如此。连接至其输出的直流电电源开启后，vpos电压轨开始获取灌电流。
图9.vneg拉电流向灌电流转变（+1 a至–20 a）。
图10.vpos拉电流向灌电流转变（+1 a至–20 a）。
捕捉到的波形如图11所示，展示了系统从拉电流向灌电流转变的行为。从电感电流可以看出，它从负电流转为正电流。这表明停止向vneg施加dc电压之后，电流重新转变为拉电流。图12所示的vpos电源轨也是如此。
图11.vneg灌电流向拉电流转变（-20 a至+1 a）。
图12.vpos灌电流向拉电流转变（-20 a至+1 a）。
4结论
双输出电压轨能够进行vpos和vneg双向供电，所以减少了所需的设备数量。因为灌入一个电源轨的电流可用于为另一个电源轨供电，使得主电源拉取的电流减少，所以其效率更高。该设计还有另一个优势，即在设计双向反相降压-升压转换器时，可供选择的ic会更多。
原文转自亚德诺半导体
国产32位MCU选型 P2P替代STM32
苹果自研Wi-Fi芯片之路充满挑战
柔宇CEO刘自鸿入选《财富》全球40位40岁以下商业精英榜
一个可制造，功能可靠的PCB时需要6个PCB设计指南
跑步运动蓝牙耳机首选推荐！
【世说设计】如何为ATE应用创建具有拉电流和灌电流功能的双输出电压轨
iOS11最新消息汇总:苹果凌晨发布iOS11Beta2公测版更新,iOS11Beta2公测版支持哪些设备?iOS11Beta2公测版如何升级?
【新品发布】ITX-3568JQ四核ITX工业级主板
bgp路由协议的路由属性_BGP路由协议的优势
未感科技助力料场智能化管控行业实现高端进口激光雷达国产替代
大规模仿真测试环境是ADAS和AV技术得以安全测试和验证的唯一环境？
性价比之王：小米6抢购和一加5ppt，你更愿意选择谁？
protel类似软件有哪些
激光武器的四大优点
电压比较电路实验
关于日本电产艾莱希斯举行塞尔维亚新厂奠基仪式的通知
OCP认证的优势是什么
国内两芯片大厂被曝大范围裁员
如何选择高精度激光位移传感器的厂家
5G和人工智能助力 HDI升级加快
dps一般与自动测试设备(ate)和其他测量设备搭配使用。ate是一种电脑控制机械设备，自动驱动传统的手动电子测试设备来评估功能、质量、性能和应力测试。这些ate需要配套的dps提供四象限电源运行能力。dps是一种四象限电源，可以提供正电压或负电压，同时具备拉电流和灌电流能力。要使用dps为更大电流的应用供电，需要将多个dps设备组合在一起，以提高解决方案的电流容量。dps可以提供拉电流和获取灌电流，所以dps的电源必须具备同样的功能。采用双输出电压轨设计旨在将所需的双向电源的数量减少至一个，同时仍然为dps提供正负双向电源。构建双向正电源非常简单，可以使用市面上提供拉电流和灌电流的多种ic实现。问题在于根据受测设备(dut)的要求，负电源也需要具有拉电流和灌电流能力。一种解决方案是使用双向降压ic，该ic可以配置用作反相降压-升压转换器。例如 ltc3871，这是一个双向降压或升压控制器，可用于正电压轨和负电压轨。
1使用降压ic设计反相降压-升压转换器
图1显示了降压转换器的简化原理示意图。该转换器获取正电压输入，然后输出幅度更低的正电压。图2显示了一个反相降压-升压转换器，它获取正电压输出，然后输出幅度更小或更大的负电压。如图3所示，可以按照以下步骤，将降压拓扑转换为反相降压-升压拓扑：
将降压转换器的正电压输出转换为系统地
将降压转换器的系统地转换为负电压输出节点
在降压转换器的vin和正电压输出之间施加输入电压
图4显示了将降压ic转换为反相降压-升压配置的简化原理图。
图1.降压转换器。
图2.反相降压-升压转换器。
图3.将降压转换器转换为反相降压-升压配置。
图4.反相降压-升压拓扑中使用的降压ic。
2转换降压ic的工作原理
拉电流
图5显示反相降压-升压转换器的波形，以及提供拉电流时的电流路径。图5a显示控制mosfet导通时转换器中的电流流动。图5c显示控制mosfet中的电流流动，其平均值为输入电流。在这段时间内，电感开始储存电能，使电流升高，输出电容为负载供电。在此期间，电感电压等于输入电压。
当control mosfet关断后，sync mosfet导通，图5b显示sync mosfet中的电流流动。输出电流是sync mosfet的平均电流，电感电压等于输出电压。当电感开始为负载和电容器供电时，其电流开始下降。每个开关周期都如此重复。
转换器反馈控制脉宽调制(pwm)，将输出电压调节至分压电阻设置的所需电平。公式1显示了输出电压与输入电压之间的关系。
其中
vout =输出电压
vin =输入电压
d =占空比
η = 系统效率
占空比大于50%时，输出电压大于输入电压，占空比小于50%时，输出电压小于输入电压。
图5.(a)导通期间的电流流动，(b)关断期间的电流流动，(c)流经顶部/控制mosfet的电流，(d)流经底部/sync mosfet的电流，(e)电感电压。
灌电流
转换器开始获取灌电流时，电流从输出流向输入，如图6a和6b所示。图6c和6d分别显示了电流流经控制mosfet和sync mosfet的过程。由于转换器正在获取灌电流，所以负电流会流经mosfet。测试结果部分显示了获取灌电流期间的负电感电流。
图6.(a)导通期间的电流流动，(b)关断期间的电流流动，(c)流经顶部/控制mosfet的电流，(d)流经底部/sync mosfet的电流。
3测试结果
图7显示用于测试设计的拉灌电流和灌拉电流能力的实际设置。图8显示了该设置的框图。双向直流电源用作vpos的电源，处于cv模式。另一个直流电源连接至vneg的输出。此直流电源控制流入系统的电流量。阻塞二极管与该直流电源串联，确保转换器提供拉电流时不会有电流流入转换器。电子负载用作初始负载，以表明系统能够从提供拉电流转换为获取灌电流，反之亦然。
图7.用于进行拉灌电流测试的电路板设置。
图8.该测试板电路设置的框图。
捕捉到的波形如图9所示。直流电源开启后，vneg电压轨开始获取灌电流。从电感电流波形可以看出，它从正电流转为负电流。在vneg获取灌电流时，系统在此条件下保持开环，拉灌电流由外部直流电源的cc模式控制。图10所示的vpos也是如此。连接至其输出的直流电电源开启后，vpos电压轨开始获取灌电流。
图9.vneg拉电流向灌电流转变（+1 a至–20 a）。
图10.vpos拉电流向灌电流转变（+1 a至–20 a）。
捕捉到的波形如图11所示，展示了系统从拉电流向灌电流转变的行为。从电感电流可以看出，它从负电流转为正电流。这表明停止向vneg施加dc电压之后，电流重新转变为拉电流。图12所示的vpos电源轨也是如此。
图11.vneg灌电流向拉电流转变（-20 a至+1 a）。
图12.vpos灌电流向拉电流转变（-20 a至+1 a）。
4结论
双输出电压轨能够进行vpos和vneg双向供电，所以减少了所需的设备数量。因为灌入一个电源轨的电流可用于为另一个电源轨供电，使得主电源拉取的电流减少，所以其效率更高。该设计还有另一个优势，即在设计双向反相降压-升压转换器时，可供选择的ic会更多。
原文转自亚德诺半导体
国产32位MCU选型 P2P替代STM32
苹果自研Wi-Fi芯片之路充满挑战
柔宇CEO刘自鸿入选《财富》全球40位40岁以下商业精英榜
一个可制造，功能可靠的PCB时需要6个PCB设计指南
跑步运动蓝牙耳机首选推荐！
【世说设计】如何为ATE应用创建具有拉电流和灌电流功能的双输出电压轨
iOS11最新消息汇总:苹果凌晨发布iOS11Beta2公测版更新,iOS11Beta2公测版支持哪些设备?iOS11Beta2公测版如何升级?
【新品发布】ITX-3568JQ四核ITX工业级主板
bgp路由协议的路由属性_BGP路由协议的优势
未感科技助力料场智能化管控行业实现高端进口激光雷达国产替代
大规模仿真测试环境是ADAS和AV技术得以安全测试和验证的唯一环境？
性价比之王：小米6抢购和一加5ppt，你更愿意选择谁？
protel类似软件有哪些
激光武器的四大优点
电压比较电路实验
关于日本电产艾莱希斯举行塞尔维亚新厂奠基仪式的通知
OCP认证的优势是什么
国内两芯片大厂被曝大范围裁员
如何选择高精度激光位移传感器的厂家
5G和人工智能助力 HDI升级加快