從根本上說，有兩種常見的拓撲結構可以將源電壓更改為負載所需的電壓。降壓調(diào)節(jié)降低輸入電壓，而升壓則是升壓拓撲結構。然而，許多移動或電池供電的應用需要第三種選擇，即降壓 - 升壓。在這種情況下，輸入電壓可以從高于低于輸出負載所需的電壓。

代表這種需求的一個很好的例子是由鋰離子電池供電的移動設備，其電壓可以從低于3V變化到4V，而設備電路中的大多數(shù)IC的工作電壓是3.3V。某些移動應用需要更低的電壓，因此必須使用兩個堿性或鎳氫（NiMH）電池。與鋰離子電池一樣，堿性電池和鎳氫電池輸出的電壓也可以變化±10％。而且，這種系統(tǒng)中的負載可以從睡眠/空閑模式快速變化到激活模式，此時必須傳送電路所需的規(guī)定的穩(wěn)壓電壓。

當電路必須調(diào)節(jié)非常接近指定輸出電壓的輸入電壓時，設計降壓 - 升壓轉換器變得具有挑戰(zhàn)性。多年來已經(jīng)開發(fā)了許多電路，通過降壓和升壓拓撲共享許多通用元件，如圖1所示。

圖1：基本降壓（a）和升壓（b）拓撲。

雖然反相降壓 - 升壓是最簡單的電路，提供極性與輸入相反的輸出，但是可以使用電荷泵，反激式或單端，初級電感耦合來實現(xiàn)非反相拓撲（ SEPIC）拓撲結構。然而，這些電路的缺點是它們的性能可能有限。

例如，電荷泵提供簡單，低成本的解決方案，但通常限制在幾百毫安（mA）。反激式需要昂貴的耦合電感器，專門為應用而纏繞，并且本質(zhì)上是有噪聲的。同樣，SEPIC提供的效率更低。盡管隨著單片電容器的發(fā)展，SEPIC轉換器的效率最近有所提高，但由于電感器的損耗，它仍然會降低效率。此外，它的成本更高，其尺寸對移動應用程序而言并不具吸引力。

H橋降壓 - 升壓

另一種選擇是H橋降壓 - 升壓電路1。本質(zhì)上，它只是一個降壓和升壓共用一個電感，如圖2所示。在這個解決方案中，降壓部分的二極管已被同步FET（S2）取代，以提高效率。 FET（S4）取代升壓部分中的二極管。由于這些FET可以輕松集成，因此H橋降壓 - 升壓解決方案非常小巧，設計簡單，只需要兩個外置的現(xiàn)成電容器（Cin和COut）和電感器。

圖2：帶有一個電感的基本H橋降壓 - 升壓電路。

除了簡單性之外，H橋還具有高效率，高負載電流能力和良好的線路瞬態(tài)響應。此外，它需要很少的靜態(tài)電流。另一方面，它必須具備決定是以降壓，升壓還是降壓 - 升壓模式工作的能力。這些工作模式與器件轉換速度之間的轉換點對于維持穩(wěn)壓輸出電壓至關重要。

為了滿足這些需求，Intersil等供應商利用H橋架構開發(fā)了集成降壓 - 升壓穩(wěn)壓器，如ISL9110和ISL9112，代表了最先進的解決方案。 ISL9110和ISL9112都是高度集成的降壓 - 升壓開關穩(wěn)壓器，可接受高于或低于穩(wěn)壓輸出電壓的輸入電壓。它們還可以在不顯著的輸出干擾的情況下在工作模式之間自動轉換。由于采用完全同步的四開關架構，兩個穩(wěn)壓器均能夠提供高達1.2 A的輸出電流和卓越的效率。空載靜態(tài)電流僅為35μA。 ISL9110專為獨立應用而設計，支持3.3和5 V固定輸出電壓或可變輸出電壓，并帶有外部電阻分壓器。事實上，使用外部電阻分壓器可以實現(xiàn)低至1 V或高達5.2 V的輸出電壓。

使用ISL9110的典型應用電路，輸入范圍為1.8 V至1.5 V，輸入范圍為1.8至5.5 V，如圖3所示。注意，如圖所示，只需少量外部無源器件即可完成此設計。此外，2.5 MHz開關頻率進一步減小了外部元件的尺寸。

圖3：集成降壓 - 升壓轉換器僅需少量外部無源元件即可完成3.3 V/1 A輸出的設計，輸入范圍為1.8至5.5 V.

圖4中繪制的效率曲線表明，該設計經(jīng)過優(yōu)化，即使在輕載條件下也能提供高效率。高負載條件下的典型功率轉換效率超過90％。

圖4：降壓 - 升壓轉換器ISL9110經(jīng)過優(yōu)化，即使在輕負載條件下也能提供高效率。

與ISL9110不同，ISL9112具有I2C接口，可實現(xiàn)輸出電壓的可編程性。它還控制輸出電壓轉換的變化率。 ISL9112的可編程輸出電壓范圍為1.9至5 V，非常適合需要動態(tài)變化電源電壓的應用。可以選擇可編程壓擺率，以在輸出電壓設置之間提供平滑過渡。

德州儀器是另一家供應此領域的供應商。與Intersil一樣，TI的單電感降壓 - 升壓轉換器在片內(nèi)集成了四個功率MOSFET，以節(jié)省空間并在兩種工作模式之間無縫轉換。例如，TPS63060和61為由三節(jié)高達六節(jié)堿性電池，鎳鎘電池或鎳氫電池供電的產(chǎn)品或單節(jié)或雙節(jié)鋰離子或鋰聚合物電池提供電源解決方案。該器件的輸入電壓范圍為2.5至12 V，輸出電壓范圍為2.5至8 V.輸出電流可高達2 A，同時使用雙節(jié)鋰離子或鋰聚合物電池并將其放電至5 V或更低。降壓 - 升壓基于固定頻率，脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制器，使用同步整流來獲得最大效率。它采用10引腳SON PowerPAD封裝，尺寸為3×3 mm。

對于非常寬的輸入，TI提供TPS55065，一種開關模式降壓 - 升壓穩(wěn)壓器，集成開關，用于電壓模式控制。由于幾乎沒有外部無源元件，轉換器可在1.5 V至40 V的寬輸入電壓范圍內(nèi)將輸出調(diào)節(jié)至5 V±3％。它可提供高達500 mA的輸出電流。

凌力爾特公司的輸入和輸出電壓非常寬，其LTM4609是一款高效率（高達98％）開關模式降壓 - 升壓型DC/DC轉換器。開關控制器，功率FET和支持組件包含在單個LGA封裝中。它的工作輸入電壓范圍為4.5至36 V，支持0.8 V至34 V的輸出電壓范圍，由電阻設置。這種高效μModule設計可在升壓模式下提供高達4 A的連續(xù)電流（降壓模式下為10A）。只需要一個電感，檢測電阻，大容量輸入和輸出電容即可完成設計。