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（ate it all up）

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，且成本高昂本文引用地址：简介DPS一般与自动测试设备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（建议这里control 不要翻译）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）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会更多参考电路Matthew Kessler “AN-1083（版本A）：利用开关稳压器ADP2300和ADP2301设计反相降压-升压转换器。

Ricky Yang。 “AN-1168（版本0）：采用ADP2384/ADP2386同步降压DC-DC稳压器设计反相电源。。