直流電源轉(zhuǎn)換器 (DC-DC converter) 常見(jiàn)有三種基本技術(shù)：降壓 (buck)、升壓 (boost) ，以及降壓-升壓(buck-boost)。在一般電源應(yīng)用上，降壓轉(zhuǎn)換器用于產(chǎn)生低直流輸出電壓，升壓轉(zhuǎn)換器用于產(chǎn)生高直流輸出電壓，降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓既可以用于產(chǎn)生小于輸入的電壓，也可以用于產(chǎn)生大于輸入的電壓。小編在本文介紹降壓-升壓轉(zhuǎn)換器是如何工作的。

 

電路原理

 

顧問(wèn)思義，降壓-升壓轉(zhuǎn)換器結(jié)合了降壓、升壓兩種功能。降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)單工作原理，參見(jiàn)圖1，這是個(gè)高效的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)圖。

 

圖1：降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)圖

 

這樣的器件譬如ADI公司的ADP2503和ADP2504降壓-升壓轉(zhuǎn)換器，它們內(nèi)置四個(gè)開(kāi)關(guān)、兩個(gè)電容和一個(gè)電感。

 

圖2：ADP2503/ADP2504結(jié)構(gòu)框圖

 

在降壓或升壓模式下工作時(shí)，只要主動(dòng)操作其中兩個(gè)開(kāi)關(guān)，就可以降低降壓-升壓轉(zhuǎn)換器工作時(shí)產(chǎn)生損耗，提高效率。

 

降壓模式

 

在降壓模式下, 降壓-升壓轉(zhuǎn)換器工作如下圖，Vin大于Vout時(shí)，開(kāi)關(guān)C打開(kāi)，開(kāi)關(guān)D閉合。

 

 

圖3：典型的降壓模式操作

 

升壓模式

 

在升壓模式下，Vin小于Vout 時(shí)，開(kāi)關(guān)B打開(kāi)，開(kāi)關(guān)A閉合。這時(shí)，開(kāi)關(guān)C和開(kāi)關(guān)D的工作模式如下圖表示。

 

 

圖4：典型的升壓模式操作

 

降壓-升壓模式

 

請(qǐng)留意，當(dāng)Vin在Vout ±10%范圍內(nèi)，此時(shí)轉(zhuǎn)換器會(huì)進(jìn)入降壓-升壓模式。在降壓-升壓模式下，兩種工作狀態(tài)（降壓和升壓）會(huì)在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)發(fā)生。此時(shí)須要特別注意降低損耗、優(yōu)化效率，以及消除由于模式切換造成的不穩(wěn)定性。這么做的目的標(biāo)是要維持輸出電壓穩(wěn)定，以及電感上的電流紋波降至最小，從而得到較好的瞬態(tài)性能。

 

關(guān)鍵參數(shù)

 

在Digi-Key官網(wǎng)上可以清楚查看不同降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的一些關(guān)鍵參數(shù)，方便用戶(hù)篩選合適的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。

 

圖5：Digi-Key官網(wǎng)上的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的參數(shù)選項(xiàng)

 

在降壓-升壓轉(zhuǎn)換器選型時(shí)，一些需要留意的關(guān)鍵參數(shù)包括：

 

1輸出電壓范圍 (最大和最少的輸出電壓) 和轉(zhuǎn)換器輸出類(lèi)型

 

降壓-升壓轉(zhuǎn)換器可以支持固定或可調(diào)的輸出電壓，也有可編程類(lèi)型。可編程類(lèi)型降壓-升壓轉(zhuǎn)換器，如下圖中的LTC3129，可通過(guò)外部分路電阻使輸出電壓達(dá)到應(yīng)用的需要。

 

圖6：LTC3129可編程類(lèi)型降壓-升壓轉(zhuǎn)換器

 

2開(kāi)關(guān)頻率 

 

低功耗降壓-升壓轉(zhuǎn)換器通常在500kHz至3MHz之間工作。更高的開(kāi)關(guān)頻率允許使用更小的電感器并減少PCB上需要的空間，但每增加一倍的開(kāi)關(guān)頻率，效率會(huì)降低約2％。

 

3軟啟動(dòng)

 

具有 “軟啟動(dòng)”功能很重要，這使得輸出電壓以可控方式緩緩上升，從而避免啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)輸出電壓過(guò)沖現(xiàn)象。

 

4靜態(tài)電流 (Iq)

 

器件的Iq越低，則效率越高。然而，Iq可以針對(duì)許多條件進(jìn)行規(guī)定，包括關(guān)斷、負(fù)載、脈沖頻率(PFM)工作模式或脈沖寬度(PWM)工作模式。因此，為了確定某個(gè)應(yīng)用的最佳轉(zhuǎn)換器，最好查看特定工作電壓和負(fù)載電流下的實(shí)際工作效率。

 

5空占比 (D)

 

占空比 = 開(kāi)關(guān)開(kāi)通的時(shí)間/ 工作同周期。開(kāi)通和關(guān)閉開(kāi)關(guān)影響了電感能量的儲(chǔ)存和釋放，從而影響輸出的電壓。

 

所以要計(jì)算降壓模式的最小占空比和升壓模式的最大占空比。這些占空比很重要，因?yàn)樵谶@些占空比下，可以知道轉(zhuǎn)換器工作范圍的極限。占空比總是正數(shù)且小于1。

 

 

其中，

Vin max = 最大輸入電壓

Vin min = 最小輸入電壓

Vout = 所需的輸出電壓

Dbuck = 降壓模式的最小占空比

Dboost = 升壓模式的最大占空比

η=以Vin、Vout 和 Iout 計(jì)算的估計(jì)效率

 

本文小結(jié)

 

采用合適的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器，可以讓電路設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單。在挑選降壓-升壓轉(zhuǎn)換器時(shí)候，一些關(guān)鍵參數(shù)需要留意，這些參數(shù)包括：

 

·      輸出電壓范圍和轉(zhuǎn)換器輸出類(lèi)型

·      開(kāi)關(guān)頻率

·      軟啟動(dòng)

·      靜態(tài)電流

·      占空比

 

來(lái)源：Digi-Key 作者：Barley Li