降壓-升壓穩(wěn)壓器

降壓-升壓穩(wěn)壓器（Buck-Boost Converter）是一種能夠同時實現(xiàn)降壓和升壓操作的開關(guān)電源拓撲。這種電源架構(gòu)可以在輸入電壓高于或低于輸出電壓的情況下，均能提供穩(wěn)定的直流電源，大大擴展了電子系統(tǒng)的適用場景。

1.降壓-升壓穩(wěn)壓器的基本工作原理

1.1 四開關(guān)拓撲結(jié)構(gòu)

現(xiàn)代高效降壓-升壓穩(wěn)壓器通常采用同步四開關(guān)拓撲，包含兩個高邊開關(guān)（Q1、Q2）和兩個低邊開關(guān)（Q3、Q4）。當輸入電壓高于輸出電壓時，Q1和Q4工作于降壓模式；當輸入電壓低于輸出電壓時，Q2和Q3工作于升壓模式。這種架構(gòu)相比傳統(tǒng)的單開關(guān)Buck-Boost轉(zhuǎn)換器效率可提升10-15%。

1.2 工作模式分析

降壓-升壓穩(wěn)壓器有三種基本工作模式：連續(xù)導通模式（CCM）、斷續(xù)導通模式（DCM）和臨界導通模式（BCM）。CCM模式在重載時效率最高，DCM模式有利于輕載效率，而BCM模式則提供了最佳的折中方案。例如，TPS63070在BCM模式下可在1mA至2A負載范圍內(nèi)保持85%以上的效率。

2.關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)與元件選擇

2.1 電感選擇標準

電感值是影響性能的關(guān)鍵參數(shù)，計算公式為L=(V_in×D)/(ΔI_L×f_sw)，其中D為占空比，f_sw為開關(guān)頻率。對于12V輸入、5V/3A輸出的應用，推薦選用4.7μH、飽和電流6A以上的屏蔽電感（如Würth Elektronik 7443630470）。電感的直流電阻（DCR）應小于50mΩ以降低銅損。

2.2 功率MOSFET選型

同步整流MOSFET的選擇需考慮導通電阻（R_DS(on)）和柵極電荷（Q_g）的平衡。以TPS63802為例，其內(nèi)部集成20mΩ/15mΩ的MOSFET對，開關(guān)頻率可達2.5MHz。分立方案中，可選用Infineon BSC076N10NS3（7.6mΩ）搭配BSC014N04LS（1.4mΩ）的組合。

3.控制環(huán)路設(shè)計與穩(wěn)定性

3.1 電壓模式控制

傳統(tǒng)電壓模式控制通過誤差放大器比較輸出電壓與基準電壓，生成PWM信號。這種方案需要精心設(shè)計Type II或Type III補償網(wǎng)絡(luò)。例如，LM5118要求補償網(wǎng)絡(luò)在交叉頻率（通常為開關(guān)頻率的1/10）處提供45°以上的相位裕度。

3.2 電流模式控制

現(xiàn)代IC更多采用峰值電流模式控制，通過檢測電感電流實現(xiàn)逐周期限流。這種方案具有更快的瞬態(tài)響應和內(nèi)在的過流保護能力。LTC3789采用恒定頻率電流模式控制，可在輸入電壓大幅波動時保持穩(wěn)定輸出。