高效率DC-DC转换器三项基本技术

DC-DC开关转换器的作用是将一个直流电压有效转换成另一个。高效率DC-DC转换器采用三项基本技术：降压、升压，以及降压/升压。降压转换器用于产生低直流输出电压，升压转换器用于产生高直流输出电压，降压/升压转换器则用于产生小于、大于或等于输入电压的输出电压。本文将重点介绍如何成功应用降压/升压DC-DC转换器。

　　图1所示为采用单个单元的锂离子电池供电的典型低功耗系统。电池的可用输出范围为放电时的约3.0 V到充满电时的4.2 V。系统IC需要1.8 V、3.3 V、和3.6 V的电压，以实现最佳工作状态。锂离子电池开始工作时的电压为4.2 V，结束工作时的电压为3.0 V，在此过程中，降压/升压调节器可以提供3.3 V的恒定电压，而降压调节器或低压差调节器（LDO）则可在电池放电时提供1.8 V的电压。理论上，当电池电压高于3.5 V时，可使用降压调节器或LDO产生3.3 V电压，但当电池电压降至3.5 V以下时，系统就会停止工作。允许系统过早关闭会减少电池需要重新充电前的系统工作时间。

　　图1. 典型低功耗便携式系统

降压/升压调节器内置四个开关、两个电容和一个电感，如图2所示。如今的低功耗、高效率降压/升压调节器在降压或升压模式下工作时，只要主动操作其中两个开关，就可以降低损耗，提高效率。

　　图2. 降压/升压转换器拓扑结构

　　当VIN大于 VOUT， 时，开关C断开，开关D闭合。开关A和B的工作方式和在标准降压调节器中一样，如图3所示。

　　图3.Buck mode when VIN 》 VOUT时的降压模式

　　当 VIN小于VOUT，时，开关B断开，开关A闭合。开关C和D的工作方式和在升压调节器中一样，如图4所示。最困难的工作模式是当VIN 处在VOUT ± 10%， 范围内时，此时调节器会进入降压/升压 模式。在降压/升压模式下，两种操作（降压和升压）会在一个开关周期内发生。应特别注意降低损耗、优化效率，以及消除由于模式切换造成的不稳定性。这么做的目标是保持电压稳定，使电感中的电流纹波降至最低，保证良好的瞬态性能。

　　图4.BoostVIN

　　对于高负载电流，降压/升压调节器采用电流模式、固定频率、脉冲宽度调制 （PWM）控制，以获得出色的稳定性和瞬态响应。为确保便携式应用的电池寿命最长，还采用了省电模式，在轻载时可降低开关频率。对于无线应用和其它低噪声应用，可变频率省电模式可能会引起干扰，通过增加逻辑控制输入，可强制转换器在所有负载条件下均以固定频率PWM方式工作。