henduodechuantongfangfadounengshixianzhezhongdianyahedianliudetigong，danshitiaojianjiushifuzaidelianggeduanzibunengzhijiejinxingjiedi。zaihenduodianzixitongzhong
，youbiyaoweitedingleixingfuzaitigongshuangjixing（正和負）電壓或電流。需要雙極性電壓/電流的負載包括FPGA體偏置應用
、熱電冷卻器、DC電動機以及其他很多類型的應用。

有很多傳統方法可為負載提供雙極性電壓/電流。H橋(qiao)式(shi)設(she)計(ji)經(jing)常(chang)使(shi)用(yong)
，但(dan)是(shi)要(yao)求(qiu)負(fu)載(zai)的(de)兩(liang)個(ge)端(duan)子(zi)均(jun)不(bu)能(neng)直(zhi)接(jie)接(jie)地(di)。負(fu)載(zai)的(de)兩(liang)個(ge)端(duan)子(zi)均(jun)須(xu)在(zai)正(zheng)電(dian)源(yuan)軌(gui)和(he)地(di)之(zhi)間(jian)擺(bai)動(dong)，為(wei)了(le)濾(lv)除(chu)這(zhe)種(zhong)斬(zhan)波(bo)波(bo)形(xing)

，通(tong)常(chang)會(hui)給(gei)負(fu)載(zai)串(chuan)聯(lian)一(yi)個(ge)電(dian)感(gan)器(qi)。負(fu)載(zai)不(bu)能(neng)直(zhi)接(jie)接(jie)地(di)可(ke)能(neng)使(shi)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)的(de)機(ji)械(xie)及(ji)電(dian)氣(qi)設(she)計(ji)複(fu)雜(za)化(hua)。H橋式方法還需要4個開關組件和更加複雜的控製方法。有些負載有負端子，這種端子不能施加高偏壓（相對於地），例如：FPGA反向偏壓應用。

另一種傳統方法是建立兩個電源軌
，一個正軌和一個負軌。人們使用各種不同的電路在穩壓的正或負軌中“進行掉換”，以(yi)實(shi)現(xian)電(dian)壓(ya)可(ke)低(di)於(yu)地(di)的(de)雙(shuang)極(ji)性(xing)工(gong)作(zuo)。這(zhe)導(dao)致(zhi)一(yi)種(zhong)非(fei)常(chang)複(fu)雜(za)的(de)係(xi)統(tong)，一(yi)般(ban)而(er)言(yan)效(xiao)率(lv)較(jiao)低(di)，而(er)且(qie)當(dang)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)跨(kua)越(yue)地(di)電(dian)位(wei)時(shi)，會(hui)產(chan)生(sheng)非(fei)線(xian)性(xing)響(xiang)應(ying)。

本文給出一種新的DC/DC開關架構，該架構能夠實現真正的4象xiang限xian工gong作zuo

，這zhe意yi味wei著zhe，輸shu出chu電dian壓ya可ke以yi為wei正zheng或huo負fu
，電dian流liu也ye可ke以yi在zai兩liang個ge方fang向xiang上shang流liu動dong。此ci外wai，這zhe種zhong新xin架jia構gou產chan生sheng的de輸shu出chu電dian壓ya能neng夠gou從cong一yi種zhong極ji性xing向xiang另ling一yi種zhong極ji性xing
、穿過地電位平滑轉換
，而且這種轉換模式不產生任何非線性問題。

四象限DC/DC轉換器

圖1顯示了這種4象限轉換器的基本連接和組件。NFET(MN)和PFET(MP)之間在反相以及恒定開關頻率工作。電流模式控製（圖1中未顯示）在需要時用來調製MN的占空比。

如果我們假定
，該電路以固定頻率工作，那麼MN接通時間的占空比可以計算如下：

從這個等式中可以清楚地看出，在VIN電壓為正時
，輸出電壓VOUT可以為正（最高為VIN）或負（僅受實際DC因素的限製）
，也可以為0V。實際上
，0V輸出電平並沒什麼特殊之處，因為在這個工作點上，該轉換器DC的占空比為50%.

無論輸出電壓是什麼極性，該轉換器的輸出都可以吸收或提供電流

，從而使這個電路成為真正以4象限工作的拓撲。MN和MP上的最高漏極至源極電壓均為2VIN– VOUT。例如，如果VIN為+12V，VOUT為-12V
，那麼兩個FET的BVDSS額定值必須都高於36V。

四象限拓撲中的LT8710

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T8710可用於4象限拓撲。圖2顯示了一個配置為這種拓撲的完整電路，該電路已經過全麵測試。這個電路的輸入電壓典型值為12V，但是允許範圍為11V至13V。輸出在+5V至-5V範圍內可調
，輸出電流可達±3A。模擬控製信號VCNTL用來調節輸出電壓。LT8710是一款80V控製器，因此可用來構成提供更高或更低電壓及電流的其他很多版本之4象限轉換器。

該轉換器的4象限工作能力如圖3所示。其中，正弦曲線控製信號用來產生以0V為wei中zhong心xin的de正zheng弦xian曲qu線xian輸shu出chu電dian壓ya。電dian感gan器qi電dian流liu可ke為wei正zheng或huo負fu，無wu論lun是shi正zheng是shi負fu，都dou必bi須xu讓rang輸shu出chu電dian壓ya達da到dao所suo要yao求qiu的de值zhi。這zhe些xie工gong作zuo波bo形xing顯xian示shi，該gai轉zhuan換huan器qi可ke幹gan淨jing
、平滑地穿越地電位工作。使用正弦波控製信號是一種隨意選擇，DC信號
、方波信號或其他任何類型的信號都可以使用。

有很多應用可以利用這種4象限DC/DC轉換器。在高性能數字電路中（比如FPGA），體反向偏壓可用於顯著降低靜態功耗，同時保持或改善動態性能。PMOS和NMOS器件的體電壓可獨立控製以調節器件的門限（VT）。當FPGA要求較低時
，可將門限調節得較高，從而顯著地降低這些數字構件中的泄漏電流。當FPGA要求較高時，可以降低門限，從而提高速度，並因此提高FPGA性能。圖4顯示了一個這種應用的高級方框圖。請注意，對於NMOS體偏置，電壓通常為0V±300mV
，這非常適合於四象限拓撲。

可從4象限拓撲受益的另一種應用是DC電動機驅動器。在很多情況下，DC電動機需要速度調節以及反向能力。用於4象限轉換器的LT8710能夠同時滿足這兩種要求。圖5顯示了一個這類應用。請注意，DC電動機的負端可以簡單地連接至地，而正端可在正和負10V之間調節。與DC電動機驅動應用類似，4象限拓撲還能用來驅動熱電冷卻器（TEC）、音頻揚聲器以及其他很多應用。

用於4象限DC/DC轉換器拓撲的LT8710是一款強大的電路器件
，能產生正和負輸出電壓以及正和負輸出電流。與輸出串聯的電感器（圖2中的L2）降低了輸出電壓紋波。產生接近地的輸出電壓之過程也得到了簡化，因為在這種情況下，占空比接近50%.很多應用可受益於這一電路
，包括但不限於FPGA體偏置、DC電動機驅動、熱電冷卻器以及音頻驅動器。

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