不同電源轉換器技術規(guī)格中的一個明顯變化就是需要將寬范圍的輸入電壓轉換為經穩(wěn)壓的輸出電壓。然而，如果未經穩(wěn)壓的輸入電壓在經穩(wěn)壓輸出電壓的設定點以上、以下或者是與之相等的范圍內不斷變化，而需要進行降壓-升壓轉換時，這個任務就會變得更加具有挑戰(zhàn)性。降壓-升壓轉換對于大量應用是必不可少的，這些應用包括電池充電、固態(tài)照明、工業(yè)計算和汽車應用。

　　這篇文章簡要回顧了與4開關降壓-升壓轉換器設計相關的很多因素。特別回答了組件選型和功耗計算方面的問題，以及用快速啟動計算器工具［3］ 來協(xié)調和加快轉換器設計流程的問題。

　　同步降壓-升壓轉換器運行

　　作為一個既提供升壓轉換又能執(zhí)行降壓轉換的有效方法，一款設計合理的降壓-升壓電路由于其便利性而成為一個不可或缺的器件。我們來復習一下圖1中所示的4開關（非反向）同步降壓-升壓拓撲。

　　降壓-升壓功率級的主要優(yōu)點在于，降壓、升壓、以及降壓-升壓轉換模式可以按照需要在寬輸入電壓和負載電流范圍內實現(xiàn)高效率。和與之相類似的單開關（反向）降壓-升壓相比，它還提供一個正的輸出電壓，以及相對于SEPIC、反激式和級聯(lián)升壓-降壓拓撲較低的功率損耗和更高的功率密度。

　　圖1. 4開關同步降壓-升壓轉換器功率級。

　　在圖1中，4個功率MOSFET被安排為H橋配置中的降壓和升壓橋臂，其中的開關節(jié)點SW1和SW2由電感器LF 相連。當輸入電壓分別高于或低于輸出電壓時，同步降壓或升壓開始運行，而對面非開關橋臂的高側MOSFET運行為導通器件。更重要的一點是，當輸入電壓接近輸出電壓時，開關降壓或升壓橋臂達到預期的占空比限值，從而觸發(fā)向降壓-升壓工作模式的轉換。操作模式的變化應該平滑順暢、并且是自主進行的，無需改變控制配置。這一目的的實現(xiàn)方式，以及功率級與控制機制可能存在的相互依賴關系是非常重要的。

　　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獨特的機制，降壓和升壓橋臂以準交錯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。峰值電流模式和谷值電流模式降壓控制技術可實現(xiàn)平滑順暢的模式變換，需要的只是一個用于電流感測的低側已配置分壓電阻器?；赩IN和VOUT之間差異的斜坡補償實現(xiàn)方式往往為無差拍響應，并且標志著一個增加電源抑制 （PSR） 和抑制線路瞬變的好方法。

　　針對電流模式降壓-升壓轉換器的設計流程

　　圖2中繪制的是一個4開關同步降壓-升壓轉換器完整的電路原理圖。這個電路原理圖包括針對功率級、柵極驅動器的自舉電路、電流感測網路的組件，以及用于實現(xiàn)更低電磁干擾 （EMI） 的展頻頻率調制 （SSFM）、［5］可編程欠壓閉鎖（UVLO）、輸出反饋和環(huán)路補償的組件。

　　圖2.具有電流模式控制器的4開關降壓-升壓轉換器的電路原理圖。

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

　　步驟1：運行技術規(guī)格

　　圖3中的屏幕截圖顯示的是步驟1，或針對輸入電壓范圍、輸出電壓、負載電流和開關頻率的用戶技術規(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峰值到峰值電感器紋波電流比。方程式1分別設定了30%和80%時，深度升壓和深度降壓運行點內的目標紋波電流比。

　　有3個主要參數可以證明電感器性能—電阻 （DCR）、飽和電流 （ISAT）和內核損耗。具有鐵粉磁芯材料的電感器在高達400kHz的開關頻率上具有突出的性能，從而成為很多應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隨著電流的增加而逐漸減少。同時，以鐵氧體為磁芯的電感器具有相對低的內核損耗，雖然它們會在飽和剛剛開始時防止電感驟降。

　　圖3. 步驟1到3分別是指運行技術規(guī)格、電感器篩選和電流感測。這個電路原理圖是根據輸入的以及計算出來的組件值自動組裝而成。