不同電源轉(zhuǎn)換器技術(shù)規(guī)格中的一個(gè)明顯變化就是需要將寬范圍的輸入電壓轉(zhuǎn)換為經(jīng)穩(wěn)壓的輸出電壓。然而，如果未經(jīng)穩(wěn)壓的輸入電壓在經(jīng)穩(wěn)壓輸出電壓的設(shè)定點(diǎn)以上、以下或者是與之相等的范圍內(nèi)不斷變化，而需要進(jìn)行降壓-升壓轉(zhuǎn)換時(shí)，這個(gè)任務(wù)就會(huì)變得更加具有挑戰(zhàn)性。降壓-升壓轉(zhuǎn)換對(duì)于大量應(yīng)用是必不可少的，這些應(yīng)用包括電池充電、固態(tài)照明、工業(yè)計(jì)算和汽車應(yīng)用。

　　這篇文章簡(jiǎn)要回顧了與4開關(guān)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)相關(guān)的很多因素。特別回答了組件選型和功耗計(jì)算方面的問題，以及用快速啟動(dòng)計(jì)算器工具［3］ 來協(xié)調(diào)和加快轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)流程的問題。

　　同步降壓-升壓轉(zhuǎn)換器運(yùn)行

　　作為一個(gè)既提供升壓轉(zhuǎn)換又能執(zhí)行降壓轉(zhuǎn)換的有效方法，一款設(shè)計(jì)合理的降壓-升壓電路由于其便利性而成為一個(gè)不可或缺的器件。我們來復(fù)習(xí)一下圖1中所示的4開關(guān)（非反向）同步降壓-升壓拓?fù)洹?/p>

　　降壓-升壓功率級(jí)的主要優(yōu)點(diǎn)在于，降壓、升壓、以及降壓-升壓轉(zhuǎn)換模式可以按照需要在寬輸入電壓和負(fù)載電流范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效率。和與之相類似的單開關(guān)（反向）降壓-升壓相比，它還提供一個(gè)正的輸出電壓，以及相對(duì)于SEPIC、反激式和級(jí)聯(lián)升壓-降壓拓?fù)漭^低的功率損耗和更高的功率密度。

　　圖1. 4開關(guān)同步降壓-升壓轉(zhuǎn)換器功率級(jí)。

　　在圖1中，4個(gè)功率MOSFET被安排為H橋配置中的降壓和升壓橋臂，其中的開關(guān)節(jié)點(diǎn)SW1和SW2由電感器LF 相連。當(dāng)輸入電壓分別高于或低于輸出電壓時(shí)，同步降壓或升壓開始運(yùn)行，而對(duì)面非開關(guān)橋臂的高側(cè)MOSFET運(yùn)行為導(dǎo)通器件。更重要的一點(diǎn)是，當(dāng)輸入電壓接近輸出電壓時(shí)，開關(guān)降壓或升壓橋臂達(dá)到預(yù)期的占空比限值，從而觸發(fā)向降壓-升壓工作模式的轉(zhuǎn)換。操作模式的變化應(yīng)該平滑順暢、并且是自主進(jìn)行的，無需改變控制配置。這一目的的實(shí)現(xiàn)方式，以及功率級(jí)與控制機(jī)制可能存在的相互依賴關(guān)系是非常重要的。

　　例如，作為一款特定的降壓-升壓控制器，LM5175［4］在降壓-升壓模式中采用一個(gè)獨(dú)特的機(jī)制，降壓和升壓橋臂以準(zhǔn)交錯(cuò)的方式在減少的頻率上切換，從而在效率和功率損耗方面有著顯著優(yōu)勢(shì)。峰值電流模式和谷值電流模式降壓控制技術(shù)可實(shí)現(xiàn)平滑順暢的模式變換，需要的只是一個(gè)用于電流感測(cè)的低側(cè)已配置分壓電阻器。基于VIN和VOUT之間差異的斜坡補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)方式往往為無差拍響應(yīng)，并且標(biāo)志著一個(gè)增加電源抑制 （PSR） 和抑制線路瞬變的好方法。

　　針對(duì)電流模式降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)流程

　　圖2中繪制的是一個(gè)4開關(guān)同步降壓-升壓轉(zhuǎn)換器完整的電路原理圖。這個(gè)電路原理圖包括針對(duì)功率級(jí)、柵極驅(qū)動(dòng)器的自舉電路、電流感測(cè)網(wǎng)路的組件，以及用于實(shí)現(xiàn)更低電磁干擾 （EMI） 的展頻頻率調(diào)制 （SSFM）、［5］可編程欠壓閉鎖（UVLO）、輸出反饋和環(huán)路補(bǔ)償?shù)慕M件。

　　圖2.具有電流模式控制器的4開關(guān)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的電路原理圖。

　　一個(gè)快速啟動(dòng)工具資源［3］提供了一個(gè)針對(duì)4開關(guān)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的分析與設(shè)計(jì)框架。步驟是從轉(zhuǎn)換器技術(shù)規(guī)格到組件選型，再到性能審驗(yàn)（效率、組件耗散和波特圖），如果需要的話，之后是重復(fù)設(shè)計(jì)。將LM5175同步降壓-升壓控制器作為起點(diǎn)，讓我們來一步步地回顧一下400kHz轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)流程；這款轉(zhuǎn)換器在6A額定電流下，在輸入源為6V至42V電壓時(shí)，提供一個(gè)12V輸出。

　　步驟1：運(yùn)行技術(shù)規(guī)格

　　圖3中的屏幕截圖顯示的是步驟1，或針對(duì)輸入電壓范圍、輸出電壓、負(fù)載電流和開關(guān)頻率的用戶技術(shù)規(guī)格條目。

　　步驟2：電感器篩選

　　電感取決于輸入電壓范圍和目標(biāo)峰值到峰值電感器紋波電流比。方程式1分別設(shè)定了30%和80%時(shí)，深度升壓和深度降壓運(yùn)行點(diǎn)內(nèi)的目標(biāo)紋波電流比。

　　有3個(gè)主要參數(shù)可以證明電感器性能—電阻 （DCR）、飽和電流 （ISAT）和內(nèi)核損耗。具有鐵粉磁芯材料的電感器在高達(dá)400kHz的開關(guān)頻率上具有突出的性能，從而成為很多應(yīng)用中的主流解決方案。值得注意也十分理想的特性就是電感會(huì)隨著電流的增加而逐漸減少。同時(shí)，以鐵氧體為磁芯的電感器具有相對(duì)低的內(nèi)核損耗，雖然它們會(huì)在飽和剛剛開始時(shí)防止電感驟降。

　　圖3. 步驟1到3分別是指運(yùn)行技術(shù)規(guī)格、電感器篩選和電流感測(cè)。這個(gè)電路原理圖是根據(jù)輸入的以及計(jì)算出來的組件值自動(dòng)組裝而成。