升-降壓型DC-DC的工作原理和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

引言：降壓-升壓轉(zhuǎn)換器是降壓和升壓功率級(jí)的組合，共享相同的電感器。降壓-升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)很實(shí)用，因?yàn)檩斎腚妷嚎梢员容敵鲭妷焊　⒏蠡蛳嗤?/p>

1.雙開關(guān)型升-降壓

升-降壓型一般有兩種拓?fù)洌弘p開關(guān)型(圖5-1)和四開關(guān)型(圖5-2)，從雙開關(guān)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以看到，其和反相型DC-DC結(jié)構(gòu)一樣。這主要涉及到理解方式：當(dāng)不關(guān)注反相這個(gè)屬性時(shí)(負(fù)電壓)，取Vout絕對(duì)值：

當(dāng)D=0.5時(shí)，Vout=Vin;當(dāng)D<0.5時(shí)，Vout0.5時(shí)，Vout>Vin，這樣既可以實(shí)現(xiàn)升壓也可以實(shí)現(xiàn)降壓。在這種拓?fù)渲?，輸?a href="http://m.makelele.cn/tags/電流/" target="_blank">電流和輸出電流都已被執(zhí)行“斬波”，也就是說這些電流之間是不連續(xù)的，而且轉(zhuǎn)換時(shí)間非常短(電容補(bǔ)充電流)。相關(guān)波形回看DC-DC-4：反相型的工作原理，相比普通升壓轉(zhuǎn)換器，生成的輸出電壓中所含的電壓尖峰可能會(huì)更多。對(duì)于這些問題，可以通過適當(dāng)大小的輸出電容器或后置穩(wěn)壓濾波器來解決。

圖5-1：雙開關(guān)型升-降壓拓?fù)?/p>

開關(guān)管導(dǎo)通，S2截止，電感器儲(chǔ)能，電流回路為：輸入VIN--->S1--->電感器L

開關(guān)管關(guān)斷，S2導(dǎo)通，電感器釋能，電流回路為：電感器L--->電容Cout--->負(fù)載RL--->S2

2.四開關(guān)型升-降壓

四開關(guān)型就是純粹升壓和降壓型的縫合體，當(dāng)S2保持關(guān)閉不導(dǎo)通時(shí)，就變?yōu)榻祲和負(fù)?DC-DC-2：降壓型的工作原理)，此時(shí)S1為上管;當(dāng)S1保持打開導(dǎo)通時(shí)，就變?yōu)樯龎和負(fù)?DC-DC-3：升壓型的工作原理)，此時(shí)S2變?yōu)橄鹿堋?肖特基二極管做續(xù)流元件已經(jīng)屬于比較落后的技術(shù)，后面的模型以及講解均以MOS來作續(xù)流元件，即同步模式)

圖5-2：四開關(guān)型升-降壓拓?fù)?/p>

當(dāng)轉(zhuǎn)換器在輸入電壓處于輸出電壓范圍內(nèi)的傳輸區(qū)域中工作時(shí)，處理這些情況有兩種方式：或是降壓和升壓級(jí)同時(shí)有效，或是開關(guān)循環(huán)在降壓和升壓級(jí)之間交替，每個(gè)通常以正常開關(guān)頻率的一半運(yùn)行。交替方式可以在輸出端引起次諧波噪聲，而與常規(guī)降壓或升壓工作相比，輸出電壓精度可能不那么精確，但與同時(shí)有效方式相比，因?yàn)闇p少了開關(guān)損耗，轉(zhuǎn)換器將更加有效。

根據(jù)輸入電壓和設(shè)置輸出的電阻值，器件可以在降壓模式、降壓-升壓模式和升壓模式之間平穩(wěn)轉(zhuǎn)換。當(dāng)輸入電壓大于輸出電壓時(shí)，工作在降壓模式，當(dāng)輸入電壓小于輸出電壓時(shí)工作在升壓模式。當(dāng)輸入電壓接近輸出電壓時(shí)，交替地以一周期降壓和一周期升壓模式操作。開關(guān)頻率一般由外部電阻器設(shè)置。為了減少高功率條件下的開關(guān)功率損耗，建議將開關(guān)頻率設(shè)置在500kHz以下。如果系統(tǒng)需要高于500kHz的較高開關(guān)頻率，建議設(shè)置較低的開關(guān)電流限制，以獲得更好的熱性能。

降壓-升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在輸入和輸出端都有脈沖電流，因?yàn)槿我环较蚨紱]有LC濾波器。對(duì)于降壓-升壓轉(zhuǎn)換器，可以分別使用降壓和升壓功率級(jí)計(jì)算。具有兩個(gè)開關(guān)的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器適用于50W至100W之間的功率范圍(雙開關(guān)型)，同步整流功率可達(dá)400W(四開關(guān)型)。建議使用與未組合降壓和升壓功率級(jí)相同的電流限制的同步整流器。另外需要為升壓級(jí)設(shè)計(jì)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)镽HPZ(右半平面零點(diǎn)問題)會(huì)限制穩(wěn)壓器帶寬。