本文轉(zhuǎn)載自： 硬件十萬個為什么微信公眾號

反極性Buck-Boost 變換器主電路的元件由開關(guān)管，二極管，電感，電容等構(gòu)成。輸出電壓的極性與輸入電壓相反。Buck-Boost 變換器也有電感電流連續(xù)和斷續(xù)兩種工作方式。

反極性Buck-Boost也可以分為同步，和非同步兩種控制器。如圖所示，左圖為非同步控制器，是由開關(guān)管Q1、二極管D1、電感L組成拓?fù)?；右圖為同步控制器，由Q2替代D1實現(xiàn)。

通過控制 Q1 與 Q2 的導(dǎo)通關(guān)斷時間，對儲能元件電感 L 與輸出電容 Cout進(jìn)行 充放電，產(chǎn)生穩(wěn)定的直流輸出電壓 Vout。其中 VIN為電源輸入電壓，Q1 為主開關(guān)功率管， 一般用 MOSFET，D1 為續(xù)流二極管，也可以用一個開關(guān)管Q2來代替。

工作過程一般包含充電階段和續(xù)流階段。詳細(xì)的工作原理為，當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定時，若 Q1 導(dǎo)通，Q2關(guān)斷（或者D1反向截止）時，輸入電壓VIN給電感 L 充電，電流的方向為順時針，此時電能轉(zhuǎn)化為電感磁能，能量儲存于電感上，此時電感電流隨著Q1導(dǎo)通時間的增加而增大；電感儲能的同時，輸出電容 Cout與負(fù)載 RL構(gòu)成回路，上一階段電容 Cout存儲的能量釋放給負(fù)載電阻 RL，提供所需的能量，電流方向為逆時針，輸出電壓為負(fù)值，輸出電壓的絕對值隨著充電階段的時間而下降，該過程稱為環(huán)路的充電階段。

若 Q1 關(guān)斷，Q2 導(dǎo)通（或者D1正向?qū)ǎr，此時電感電流在上一充電階段儲存的磁能，由電感 L，輸出電容 Cout，負(fù)載 RL和開關(guān)管Q2（或者二極管D1續(xù)流）構(gòu)成的回路進(jìn)行釋放，此時電感磁能轉(zhuǎn)化成電能，電感電流隨著Q2 導(dǎo)通時間的增加而減小，一部分用于 Cout充電，進(jìn)行儲能，另一部分用于負(fù)載RL提供電流，由于電感上的電流不能突變的特性，所以電流方向為逆時針，輸出電壓也為負(fù)值，輸出電壓的絕對值隨著續(xù)流階段的時間而上升，該過程稱為續(xù)流階段。

根據(jù) 反極性Buck-boost 的工作原理可知，電感電流在充電階段是連續(xù)上升的，在續(xù)流階段是連續(xù)下降的，而根據(jù)電感電流在續(xù)流階段是否降為零，分為連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）與非連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）。

（1）連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）

連續(xù)導(dǎo)通模式是電感電流在續(xù)流階段不為零，而在大負(fù)載電流情況下易為 CCM 模式。其工作原理如圖所示。

由圖所示為，在每個周期內(nèi)，當(dāng)主開關(guān)管 Q1 導(dǎo)通，D1反向截止時，輸入電壓 VIN通過Q1 給電感充電，電感電流持續(xù)增大，此時 L的電壓值被拉高約為VIN（正值）。當(dāng)開關(guān)管Q1 關(guān)斷，由于D1左側(cè)的電壓為VIN，右側(cè)為負(fù)值Vout，則D1為反向截止，電感電流給電容 Cout與負(fù)載 RL提供能量，電感電流在持續(xù)減小， 此時 L的電壓值Vout（負(fù)值）。所以 L的值與電感電流的值都是在周期性變換的，信號上電的波形圖如圖所示。

當(dāng)工作在 CCM 模式下，每個周期內(nèi)都有包含完整的充電階段和放電階段。ΔIL為電感電流紋波，Iavg電感電流平均值。

設(shè)一個完整周期的時間為 T，其中放電周期為 TON，充電周期為 TOFF。D 為電路中的占空比。由以上的原理分析可得表達(dá)式為：

（2）非連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）

當(dāng) Iout>0.5ΔI時，工作在 CCM 模式下，當(dāng)Iout<0.5ΔI時,工作在DCM模式，當(dāng)IO=0.5ΔIL時，工作在臨界模式。故當(dāng)負(fù)載電流過小時，電路容易工作在 DCM 模式下。

工作在 DCM 模式下時，一個有三個狀態(tài)：充電階段、放電階段 和電感電流為零階段，這三階段在一個周期內(nèi)的時間分別為 T1，T2，T3。充電階段的占空比為 D1，放電階段的占空比為 D2。在T3期間， Q1關(guān)斷 和 D1截止， 電感電流為零，負(fù)載由輸出濾波電容供電。

CCM 模式下，輸出電壓跟電路占空比與輸入電壓相關(guān)， 而 DCM 模式下，與輸入電壓，占空比，開關(guān)頻率，電感值，負(fù)載相關(guān)。相比于DCM， CCM 的輸出電壓值的影響因素更小。

審核編輯 黃宇