升-降压型DC-DC的工作原理和拓扑结构
dc-dc----升-降型的工作原理
引言：降压-升压转换器是降压和升压功率级的组合，共享相同的电感器。降压-升压拓扑结构很实用，因为输入电压可以比输出电压更小、更大或相同。
1.双开关型升-降压
升-降压型一般有两种拓扑：双开关型(图5-1)和四开关型(图5-2)，从双开关型拓扑结构可以看到，其和反相型dc-dc结构一样。这主要涉及到理解方式：当不关注反相这个属性时(负电压)，取vout绝对值：
当d=0.5时，vout=vin;当dvin，这样既可以实现升压也可以实现降压。在这种拓扑中，输入电流和输出电流都已被执行“斩波”，也就是说这些电流之间是不连续的，而且转换时间非常短(电容补充电流)。相关波形回看dc-dc-4：反相型的工作原理，相比普通升压转换器，生成的输出电压中所含的电压尖峰可能会更多。对于这些问题，可以通过适当大小的输出电容器或后置稳压滤波器来解决。
图5-1：双开关型升-降压拓扑
开关管导通，s2截止，电感器储能，电流回路为：输入vin--->s1--->电感器l
开关管关断，s2导通，电感器释能，电流回路为：电感器l--->电容cout--->负载rl--->s2
2.四开关型升-降压
四开关型就是纯粹升压和降压型的缝合体，当s2保持关闭不导通时，就变为降压拓扑(dc-dc-2：降压型的工作原理)，此时s1为上管;当s1保持打开导通时，就变为升压拓扑(dc-dc-3：升压型的工作原理)，此时s2变为下管。(肖特基二极管做续流元件已经属于比较落后的技术，后面的模型以及讲解均以mos来作续流元件，即同步模式)
图5-2：四开关型升-降压拓扑
当转换器在输入电压处于输出电压范围内的传输区域中工作时，处理这些情况有两种方式：或是降压和升压级同时有效，或是开关循环在降压和升压级之间交替，每个通常以正常开关频率的一半运行。交替方式可以在输出端引起次谐波噪声，而与常规降压或升压工作相比，输出电压精度可能不那么精确，但与同时有效方式相比，因为减少了开关损耗，转换器将更加有效。
根据输入电压和设置输出的电阻值，器件可以在降压模式、降压-升压模式和升压模式之间平稳转换。当输入电压大于输出电压时，工作在降压模式，当输入电压小于输出电压时工作在升压模式。当输入电压接近输出电压时，交替地以一周期降压和一周期升压模式操作。开关频率一般由外部电阻器设置。为了减少高功率条件下的开关功率损耗，建议将开关频率设置在500khz以下。如果系统需要高于500khz的较高开关频率，建议设置较低的开关电流限制，以获得更好的热性能。
降压-升压拓扑结构在输入和输出端都有脉冲电流，因为任一方向都没有lc滤波器。对于降压-升压转换器，可以分别使用降压和升压功率级计算。具有两个开关的降压-升压转换器适用于50w至100w之间的功率范围(双开关型)，同步整流功率可达400w(四开关型)。建议使用与未组合降压和升压功率级相同的电流限制的同步整流器。另外需要为升压级设计降压-升压转换器的补偿网络，因为rhpz(右半平面零点问题)会限制稳压器带宽。
图5-3：切换成降压模式工作图
图5-3为切换成降压模式的工作状态，在降压工作期间，s3保持打开，s4保持关闭。s1和s2交替工作。
图5-4：切换成升压模式工作图
图5-4为切换成升压模式的工作状态，在升压工作期间，s1保持打开，s2保持关闭。s3和s4交替工作。
3.不同状态下的工作波形
以下vout为输出电压，sw1和sw2是电感两端的节点(sw1为图5-4s1和s2的连结点，sw2为s3和s4的连结点)，il为流经电感的电流。
图5-5：vin=12v，vout=5v，iout=5a，工作在fpwm模式
图5-5展示了在降压重载模式下，器件以fpwm(快速pwm)输出电压调节模式工作。sw2驱动信号拉平，表明器件进入降压拓扑。
图5-6：vin=12v，vout=5v，iout=0a，工作在pfm模式
图5-6展示了在降压轻载模式下，器件切换到pfm输出电压调节模式工作，可以看到降压和升压级同时有效，vout波形更宽，噪声变大。
图5-7：vin=12v，vout=12v，iout=3a，工作在fpwm模式
图5-7展示了在等压重载模式下，器件以fpwm(快速pwm)输出电压调节模式工作。其中sw1和sw2交替工作，即交替地以一周期降压和一周期升压模式操作。
图5-8：vin=12v，vout=12v，iout=0a，工作在pfm模式
图5-8展示了在等压轻载模式下，器件以pfm输出电压调节模式工作。其中降压和升压级同时有效。
图5-9：vin=12v，vout=20v，iout=2a，工作在fpwm模式
图5-9展示了在升压重载模式下，器件以fpwm(快速pwm)输出电压调节模式工作。其中s1驱动信号拉平，表明器件进入升压拓扑。
图5-10：vin=12v，vout=20v，iout=0a，工作在pfm模式
图5-10展示了在升压轻载模式下，器件以pfm输出电压调节模式工作。其中降压和升压级同时有效。
图5-11：vin=9v~20v(波动间隔200us)，vout=12v，iout=3a的线路瞬态波形，fpwm
图5-11展示了vin在输入高低切换之间，模式转变，电流回路的急剧变化，造成了输出振铃和跌落(正常现象但需要满足标准)。另外vout和il的前后波形宽度对比，也说明了升压与降压之间的特点。
图5-12：vin=12v，vout=5v，iout=2.5a~5a(波动间隔20us)的负载瞬态波形，fpwm
图5-12展示了降压工作时，负载变化使电感存在瞬间逆变，影响了vout(正常现象，但需要满足标准)。
FreeRTOS信号量使用教程
VR交通安全体验馆—VR在交通安全中的应用
如何才能在物联网的万亿级市场中寻找到绝佳的机会
液晶显示技术追踪
基于微流控技术的表面增强拉曼在医疗领域的应用
升-降压型DC-DC的工作原理和拓扑结构
联想Z6Pro评测 称得上是一款诚意十足的优秀国产旗舰手机
韩国将数据处理芯片与第五代无线网络视为未来经济增长的主要引擎
如何判断手机电池的剩余容量？(详细解说)
目前电子信息技术的应用广泛，智能化水平非常高
发电机的保护常识
继电器的主要测试参数与方法
为促进远程医疗落地，云计算能够做些什么
如何做一个车载吸尘器PCBA方案
智能手机屏幕形态进化史 “真·全面屏”设计成未来趋势
海尔进军金融市场！国科微与海尔博越完成产品兼容互认证
区块链将如何改变员工的敬业度
无人机细分市场与相互竞争力促进行业发展
3D视觉感知技术企业奥比中光正式登陆科创板，总市值114.92亿
华为云发布云原生2.0全景图，结果和过程的双重可信的高质量
引言：降压-升压转换器是降压和升压功率级的组合，共享相同的电感器。降压-升压拓扑结构很实用，因为输入电压可以比输出电压更小、更大或相同。
1.双开关型升-降压
升-降压型一般有两种拓扑：双开关型(图5-1)和四开关型(图5-2)，从双开关型拓扑结构可以看到，其和反相型dc-dc结构一样。这主要涉及到理解方式：当不关注反相这个属性时(负电压)，取vout绝对值：
当d=0.5时，vout=vin;当dvin，这样既可以实现升压也可以实现降压。在这种拓扑中，输入电流和输出电流都已被执行“斩波”，也就是说这些电流之间是不连续的，而且转换时间非常短(电容补充电流)。相关波形回看dc-dc-4：反相型的工作原理，相比普通升压转换器，生成的输出电压中所含的电压尖峰可能会更多。对于这些问题，可以通过适当大小的输出电容器或后置稳压滤波器来解决。
图5-1：双开关型升-降压拓扑
开关管导通，s2截止，电感器储能，电流回路为：输入vin--->s1--->电感器l
开关管关断，s2导通，电感器释能，电流回路为：电感器l--->电容cout--->负载rl--->s2
2.四开关型升-降压
四开关型就是纯粹升压和降压型的缝合体，当s2保持关闭不导通时，就变为降压拓扑(dc-dc-2：降压型的工作原理)，此时s1为上管;当s1保持打开导通时，就变为升压拓扑(dc-dc-3：升压型的工作原理)，此时s2变为下管。(肖特基二极管做续流元件已经属于比较落后的技术，后面的模型以及讲解均以mos来作续流元件，即同步模式)
图5-2：四开关型升-降压拓扑
当转换器在输入电压处于输出电压范围内的传输区域中工作时，处理这些情况有两种方式：或是降压和升压级同时有效，或是开关循环在降压和升压级之间交替，每个通常以正常开关频率的一半运行。交替方式可以在输出端引起次谐波噪声，而与常规降压或升压工作相比，输出电压精度可能不那么精确，但与同时有效方式相比，因为减少了开关损耗，转换器将更加有效。
根据输入电压和设置输出的电阻值，器件可以在降压模式、降压-升压模式和升压模式之间平稳转换。当输入电压大于输出电压时，工作在降压模式，当输入电压小于输出电压时工作在升压模式。当输入电压接近输出电压时，交替地以一周期降压和一周期升压模式操作。开关频率一般由外部电阻器设置。为了减少高功率条件下的开关功率损耗，建议将开关频率设置在500khz以下。如果系统需要高于500khz的较高开关频率，建议设置较低的开关电流限制，以获得更好的热性能。
降压-升压拓扑结构在输入和输出端都有脉冲电流，因为任一方向都没有lc滤波器。对于降压-升压转换器，可以分别使用降压和升压功率级计算。具有两个开关的降压-升压转换器适用于50w至100w之间的功率范围(双开关型)，同步整流功率可达400w(四开关型)。建议使用与未组合降压和升压功率级相同的电流限制的同步整流器。另外需要为升压级设计降压-升压转换器的补偿网络，因为rhpz(右半平面零点问题)会限制稳压器带宽。
图5-3：切换成降压模式工作图
图5-3为切换成降压模式的工作状态，在降压工作期间，s3保持打开，s4保持关闭。s1和s2交替工作。
图5-4：切换成升压模式工作图
图5-4为切换成升压模式的工作状态，在升压工作期间，s1保持打开，s2保持关闭。s3和s4交替工作。
3.不同状态下的工作波形
以下vout为输出电压，sw1和sw2是电感两端的节点(sw1为图5-4s1和s2的连结点，sw2为s3和s4的连结点)，il为流经电感的电流。
图5-5：vin=12v，vout=5v，iout=5a，工作在fpwm模式
图5-5展示了在降压重载模式下，器件以fpwm(快速pwm)输出电压调节模式工作。sw2驱动信号拉平，表明器件进入降压拓扑。
图5-6：vin=12v，vout=5v，iout=0a，工作在pfm模式
图5-6展示了在降压轻载模式下，器件切换到pfm输出电压调节模式工作，可以看到降压和升压级同时有效，vout波形更宽，噪声变大。
图5-7：vin=12v，vout=12v，iout=3a，工作在fpwm模式
图5-7展示了在等压重载模式下，器件以fpwm(快速pwm)输出电压调节模式工作。其中sw1和sw2交替工作，即交替地以一周期降压和一周期升压模式操作。
图5-8：vin=12v，vout=12v，iout=0a，工作在pfm模式
图5-8展示了在等压轻载模式下，器件以pfm输出电压调节模式工作。其中降压和升压级同时有效。
图5-9：vin=12v，vout=20v，iout=2a，工作在fpwm模式
图5-9展示了在升压重载模式下，器件以fpwm(快速pwm)输出电压调节模式工作。其中s1驱动信号拉平，表明器件进入升压拓扑。
图5-10：vin=12v，vout=20v，iout=0a，工作在pfm模式
图5-10展示了在升压轻载模式下，器件以pfm输出电压调节模式工作。其中降压和升压级同时有效。
图5-11：vin=9v~20v(波动间隔200us)，vout=12v，iout=3a的线路瞬态波形，fpwm
图5-11展示了vin在输入高低切换之间，模式转变，电流回路的急剧变化，造成了输出振铃和跌落(正常现象但需要满足标准)。另外vout和il的前后波形宽度对比，也说明了升压与降压之间的特点。
图5-12：vin=12v，vout=5v，iout=2.5a~5a(波动间隔20us)的负载瞬态波形，fpwm
图5-12展示了降压工作时，负载变化使电感存在瞬间逆变，影响了vout(正常现象，但需要满足标准)。
FreeRTOS信号量使用教程
VR交通安全体验馆—VR在交通安全中的应用
如何才能在物联网的万亿级市场中寻找到绝佳的机会
液晶显示技术追踪
基于微流控技术的表面增强拉曼在医疗领域的应用
升-降压型DC-DC的工作原理和拓扑结构
联想Z6Pro评测 称得上是一款诚意十足的优秀国产旗舰手机
韩国将数据处理芯片与第五代无线网络视为未来经济增长的主要引擎
如何判断手机电池的剩余容量？(详细解说)
目前电子信息技术的应用广泛，智能化水平非常高
发电机的保护常识
继电器的主要测试参数与方法
为促进远程医疗落地，云计算能够做些什么
如何做一个车载吸尘器PCBA方案
智能手机屏幕形态进化史 “真·全面屏”设计成未来趋势
海尔进军金融市场！国科微与海尔博越完成产品兼容互认证
区块链将如何改变员工的敬业度
无人机细分市场与相互竞争力促进行业发展
3D视觉感知技术企业奥比中光正式登陆科创板，总市值114.92亿
华为云发布云原生2.0全景图，结果和过程的双重可信的高质量