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          如何從單輸出電源獲得正、負電壓軌

          作者:時間:2024-03-28來源:Digikey收藏

          假設我們有一個運算放大器電路,需要+/- 12 VDC。當我們所擁有的只是如圖1所示的可變24 VDC電源時,我們如何提供互補輸出?

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202403/456953.htm

          在你說做不到之前,先考慮一下電源是如何構造的。臺式電源,如B&K Precision的1550是專為浮動輸出。在理想的情況下,地面和黑色和紅色直流輸出之間沒有電氣連接。這樣的電源就像一個電池,我們可以自由地以任何我們選擇的方式連接端子。

          技術貼士 :直流電源和電池之間的類比是不完整的。與電池不同,通用型直流電源不會接受反向充電電流。很多電源都有反向電壓(二極管)保護。有些電源將輸出電壓箝位到內部直流導軌上。在極端情況下,反向電流會造成不可逆的電源損壞。


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          圖 1 :帶阻性中心抽頭的單輸出穩壓電源圖片,提供正、負電壓。

          由于我們的電源完全能夠提供浮動的24 VDC,因此所需的分路+/- 12 VDC是一個參考問題。我們可以使用電阻來提供虛擬地;同樣,要理解電源輸出是浮動的。中心抽頭解決方案如圖2所示,同時還有一個稍微不平衡的負載。輸出相當好地平衡,相對于地為12.5和-11.5 VDC。


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          圖 2 :顯示24 VDC電源輸出如何中心抽頭以提供+/- 12 VDC的原理圖。

          限制

          這種技術有一些嚴重的局限性。最重要的限制是負載的正、負電流需求之間的平衡。這對電阻的選擇有重要的影響。例如,如果負載完全平衡,正負負載繪制相同的電流,則中心抽頭電阻可能具有高值,例如10 kΩ。另一方面,如果存在很大的失配,則抽頭電阻的值必須很低。事實上,為了保持電壓平衡,可能需要“燃燒”大量的能量。

          示例1

          我們的第一個例子取自圖2。這里恒流源表示的負載稍微不平衡,負載從正軌要求2 mA,從負軌要求3 mA。

          我們可以在模擬器中輸入這些值來查看結果,就像我在這個MultisimLive示例中所做的那樣。另一種解決方案是重新學習電路理論教科書,并使用超節點方法求解系統。圖2電路的解決方案如圖3所示。在這個例子中,電路被重新繪制成傳統的教科書配置,浮動電源頂部和中心。公共接地節點被移到原理圖的底部。


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          圖 3 :不平衡系統中軌電壓的手繪原理圖和超節點方程求解。

          示例2:

          假設負載分別改變為100mA和200mA。讓我們假設抽頭電阻必須消耗至少十倍的負載電流。有了這個規定,我們把抽頭電阻設為50 Ω。我將把它留給你來解決這個方程,但是你的結果應該顯示在14.5和-9.5 VDC的軌道。

          如果這種不平衡是不可接受的,我們可以切換到25 Ω對。鐵軌現在在13.25和10.75 VDC。我們可以繼續降低阻力來改善平衡。

          但是,這里有一個問題:

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          圖1中顯示的那些小的?W電阻必須增加到10w器件-允許2倍的安全裕度。它們一起消耗了電源輸出的很大一部分。在某種程度上,當我們考慮合理設計的能源預算時,我們進入了愚蠢的區域。

          結論

          雖然這種方法在緊要關頭起作用,但我們花更多的精力來平衡軌道,而不是為負載提供動力。因此,該技術在低功耗電路中的適用性有限。

          話雖如此,這是對電路理論的一次很好的回顧。這擴展了我們對浮動電源的理解。這也回答了一個古老的問題:

          我什么時候需要使用節點分析?



          關鍵詞: Digikey 電壓軌

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