降压-升压稳压器

降压-升压稳压器（Buck-Boost Converter）是一种能够同时实现降压和升压操作的开关电源拓扑。这种电源架构可以在输入电压高于或低于输出电压的情况下，均能提供稳定的直流电源，大大扩展了电子系统的适用场景。

1.降压-升压稳压器的基本工作原理

1.1 四开关拓扑结构

现代高效降压-升压稳压器通常采用同步四开关拓扑，包含两个高边开关（Q1、Q2）和两个低边开关（Q3、Q4）。当输入电压高于输出电压时，Q1和Q4工作于降压模式；当输入电压低于输出电压时，Q2和Q3工作于升压模式。这种架构相比传统的单开关Buck-Boost转换器效率可提升10-15%。

1.2 工作模式分析

降压-升压稳压器有三种基本工作模式：连续导通模式（CCM）、断续导通模式（DCM）和临界导通模式（BCM）。CCM模式在重载时效率最高，DCM模式有利于轻载效率，而BCM模式则提供了最佳的折中方案。例如，TPS63070在BCM模式下可在1mA至2A负载范围内保持85%以上的效率。

2.关键设计参数与元件选择

2.1 电感选择标准

电感值是影响性能的关键参数，计算公式为L=(V_in×D)/(ΔI_L×f_sw)，其中D为占空比，f_sw为开关频率。对于12V输入、5V/3A输出的应用，推荐选用4.7μH、饱和电流6A以上的屏蔽电感（如Würth Elektronik 7443630470）。电感的直流电阻（DCR）应小于50mΩ以降低铜损。

2.2 功率MOSFET选型

同步整流MOSFET的选择需考虑导通电阻（R_DS(on)）和栅极电荷（Q_g）的平衡。以TPS63802为例，其内部集成20mΩ/15mΩ的MOSFET对，开关频率可达2.5MHz。分立方案中，可选用Infineon BSC076N10NS3（7.6mΩ）搭配BSC014N04LS（1.4mΩ）的组合。

3.控制环路设计与稳定性

3.1 电压模式控制

传统电压模式控制通过误差放大器比较输出电压与基准电压，生成PWM信号。这种方案需要精心设计Type II或Type III补偿网络。例如，LM5118要求补偿网络在交叉频率（通常为开关频率的1/10）处提供45°以上的相位裕度。

3.2 电流模式控制

现代IC更多采用峰值电流模式控制，通过检测电感电流实现逐周期限流。这种方案具有更快的瞬态响应和内在的过流保护能力。LTC3789采用恒定频率电流模式控制，可在输入电压大幅波动时保持稳定输出。