关键词: 降压升压, buck boost, 降压升压转换器, 电路设计, 工作原理, 选型
5 s( p: V. @' C' O# ?! } e* T+ z摘要
采用合适的降压-升压转换器，可以让电路设计变得简单。本文介绍降压-升压转换器的工作原理、工作模式，以及降压-升压转换器的选型要素，包括：输出电压范围和转换器输出类型、开关频率、软启动、静态电流、占空比等。
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直流电源转换器 (DC-DC converter) 常见有三种基本技术：降压 (buck)、升压 (boost) ，以及降压-升压(buck-boost)。在一般电源应用上，降压转换器用于产生低直流输出电压，升压转换器用于产生高直流输出电压，降压-升压转换器的输出电压既可以用于产生小于输入的电压，也可以用于产生大于输入的电压。小编在本文介绍降压-升压转换器是如何工作的。
/ Z$ }- O9 n# j5 |, e电路原理
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顾问思义，降压-升压转换器结合了降压、升压两种功能。降压-升压转换器的简单工作原理，参见图1，这是个高效的降压-升压转换器简单结构图。
& j* t$ w) ~! I这样的器件譬如ADI公司的ADP2503和ADP2504降压-升压转换器，它们内置四个开关、两个电容和一个电感。
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在降压或升压模式下工作时，只要主动操作其中两个开关，就可以降低降压-升压转换器工作时产生损耗，提高效率。
( x3 M2 i% P, \% E- ~; e7 J降压模式
在降压模式下, 降压-升压转换器工作如下图，Vin大于Vout时，开关C打开，开关D闭合。
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9 t+ M/ y' M7 q' V( Q* w/ B' F升压模式
在升压模式下，Vin小于Vout 时，开关B打开，开关A闭合。这时，开关C和开关D的工作模式如下图表示。
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降压-升压模式
请留意，当Vin在Vout ±10%范围内，此时转换器会进入降压-升压模式。在降压-升压模式下，两种工作状态（降压和升压）会在一个开关周期内发生。此时须要特别注意降低损耗、优化效率，以及消除由于模式切换造成的不稳定性。这么做的目的标是要维持输出电压稳定，以及电感上的电流纹波降至最小，从而得到较好的瞬态性能。
* |" y, V( m+ p# d7 W3 o关键参数
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在Digi-Key官网上可以清楚查看不同降压-升压转换器的一些关键参数，方便用户筛选合适的降压-升压转换器。
图5：Digi-Key官网上的降压-升压转换器的参数选项
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在降压-升压转换器选型时，一些需要留意的关键参数包括：
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1 输出电压范围 (最大和最少的輸出电压) 和转换器输出类型
0 I7 h5 M% t+ d- k! F降压-升压转换器可以支持固定或可调的输出电压，也有可编程类型。可编程类型降压-升压转换器，如下图中的LTC3129，可通过外部分路电阻使输出电压达到应用的需要。
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2 开关频率
( A8 H- q. G# L3 ]" v, S" x Y低功耗降压-升压转换器通常在500kHz至3MHz之间工作。更高的开关频率允许使用更小的电感器并减少PCB上需要的空间，但每增加一倍的开关频率，效率会降低约2％。
. ?- j; g9 N& T g/ b/ N 3 软启动
# n# i1 M& {! M' t6 r具有 “软启动”功能很重要，这使得输出电压以可控方式缓缓上升，从而避免启动时出现输出电压过冲现象。
! S/ a5 h6 f& A2 e: K' ^ 4 静态电流 (Iq)
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器件的Iq越低，则效率越高。然而，Iq可以针对许多条件进行规定，包括关断、负载、脉冲频率(PFM)工作模式或脉冲宽度(PWM)工作模式。因此，为了确定某个应用的最佳转换器，最好查看特定工作电压和负载电流下的实际工作效率。
/ v) a' |5 }7 r! x2 |2 D* d ~% D" V 5 空占比 (D)
6 H# n7 v$ t) R; t: n占空比 = 开关开通的时间/ 工作同周期。开通和关闭开关影响了电感能量的储存和释放，从而影响输出的电压。
4 d+ F! s/ N! x8 H& a) ^: x所以要计算降压模式的最小占空比和升压模式的最大占空比。这些占空比很重要，因为在这些占空比下，可以知道转换器工作范围的极限。占空比总是正数且小于1。
! A! r) A& U* x2 J其中，
Vin max = 最大输入电压
Vin min = 最小输入电压
Vout = 所需的输出电压
Dbuck = 降压模式的最小占空比
Dboost = 升压模式的最大占空比
η=以Vin、Vout 和 Iout 计算的估计效率
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本文小结
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0 _5 H/ W: k2 }4 h5 k) I0 B( p E* x采用合适的降压-升压转换器，可以让电路设计变得简单。在挑选降压-升压转换器時候，一些关键参数需要留意，这些参数包括：
· 输出电压范围和转换器输出类型
· 开关频率
· 软启动
· 静态电流
· 占空比
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发表于 2019-8-12 07:00
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