從根本上說(shuō)，有兩種常見(jiàn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以將源電壓更改為負(fù)載所需的電壓。降壓調(diào)節(jié)降低輸入電壓，而升壓則是升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。然而，許多移動(dòng)或電池供電的應(yīng)用需要第三種選擇，即降壓 - 升壓。在這種情況下，輸入電壓可以從高于低于輸出負(fù)載所需的電壓。

代表這種需求的一個(gè)很好的例子是由鋰離子電池供電的移動(dòng)設(shè)備，其電壓可以從低于3V變化到4V，而設(shè)備電路中的大多數(shù)IC的工作電壓是3.3V。某些移動(dòng)應(yīng)用需要更低的電壓，因此必須使用兩個(gè)堿性或鎳氫（NiMH）電池。與鋰離子電池一樣，堿性電池和鎳氫電池輸出的電壓也可以變化±10％。而且，這種系統(tǒng)中的負(fù)載可以從睡眠/空閑模式快速變化到激活模式，此時(shí)必須傳送電路所需的規(guī)定的穩(wěn)壓電壓。

當(dāng)電路必須調(diào)節(jié)非常接近指定輸出電壓的輸入電壓時(shí)，設(shè)計(jì)降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器變得具有挑戰(zhàn)性。多年來(lái)已經(jīng)開(kāi)發(fā)了許多電路，通過(guò)降壓和升壓拓?fù)涔蚕碓S多通用元件，如圖1所示。

圖1：基本降壓（a）和升壓（b）拓?fù)洹?/p>

雖然反相降壓 - 升壓是最簡(jiǎn)單的電路，提供極性與輸入相反的輸出，但是可以使用電荷泵，反激式或單端，初級(jí)電感耦合來(lái)實(shí)現(xiàn)非反相拓?fù)洌?SEPIC）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。然而，這些電路的缺點(diǎn)是它們的性能可能有限。

例如，電荷泵提供簡(jiǎn)單，低成本的解決方案，但通常限制在幾百毫安（mA）。反激式需要昂貴的耦合電感器，專(zhuān)門(mén)為應(yīng)用而纏繞，并且本質(zhì)上是有噪聲的。同樣，SEPIC提供的效率更低。盡管隨著單片電容器的發(fā)展，SEPIC轉(zhuǎn)換器的效率最近有所提高，但由于電感器的損耗，它仍然會(huì)降低效率。此外，它的成本更高，其尺寸對(duì)移動(dòng)應(yīng)用程序而言并不具吸引力。

H橋降壓 - 升壓

另一種選擇是H橋降壓 - 升壓電路1。本質(zhì)上，它只是一個(gè)降壓和升壓共用一個(gè)電感，如圖2所示。在這個(gè)解決方案中，降壓部分的二極管已被同步FET（S2）取代，以提高效率。 FET（S4）取代升壓部分中的二極管。由于這些FET可以輕松集成，因此H橋降壓 - 升壓解決方案非常小巧，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，只需要兩個(gè)外置的現(xiàn)成電容器（Cin和COut）和電感器。

圖2：帶有一個(gè)電感的基本H橋降壓 - 升壓電路。

除了簡(jiǎn)單性之外，H橋還具有高效率，高負(fù)載電流能力和良好的線路瞬態(tài)響應(yīng)。此外，它需要很少的靜態(tài)電流。另一方面，它必須具備決定是以降壓，升壓還是降壓 - 升壓模式工作的能力。這些工作模式與器件轉(zhuǎn)換速度之間的轉(zhuǎn)換點(diǎn)對(duì)于維持穩(wěn)壓輸出電壓至關(guān)重要。

為了滿足這些需求，Intersil等供應(yīng)商利用H橋架構(gòu)開(kāi)發(fā)了集成降壓 - 升壓穩(wěn)壓器，如ISL9110和ISL9112，代表了最先進(jìn)的解決方案。 ISL9110和ISL9112都是高度集成的降壓 - 升壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，可接受高于或低于穩(wěn)壓輸出電壓的輸入電壓。它們還可以在不顯著的輸出干擾的情況下在工作模式之間自動(dòng)轉(zhuǎn)換。由于采用完全同步的四開(kāi)關(guān)架構(gòu)，兩個(gè)穩(wěn)壓器均能夠提供高達(dá)1.2 A的輸出電流和卓越的效率。空載靜態(tài)電流僅為35μA。 ISL9110專(zhuān)為獨(dú)立應(yīng)用而設(shè)計(jì)，支持3.3和5 V固定輸出電壓或可變輸出電壓，并帶有外部電阻分壓器。事實(shí)上，使用外部電阻分壓器可以實(shí)現(xiàn)低至1 V或高達(dá)5.2 V的輸出電壓。

使用ISL9110的典型應(yīng)用電路，輸入范圍為1.8 V至1.5 V，輸入范圍為1.8至5.5 V，如圖3所示。注意，如圖所示，只需少量外部無(wú)源器件即可完成此設(shè)計(jì)。此外，2.5 MHz開(kāi)關(guān)頻率進(jìn)一步減小了外部元件的尺寸。

圖3：集成降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器僅需少量外部無(wú)源元件即可完成3.3 V/1 A輸出的設(shè)計(jì)，輸入范圍為1.8至5.5 V.

圖4中繪制的效率曲線表明，該設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)優(yōu)化，即使在輕載條件下也能提供高效率。高負(fù)載條件下的典型功率轉(zhuǎn)換效率超過(guò)90％。

圖4：降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器ISL9110經(jīng)過(guò)優(yōu)化，即使在輕負(fù)載條件下也能提供高效率。

與ISL9110不同，ISL9112具有I2C接口，可實(shí)現(xiàn)輸出電壓的可編程性。它還控制輸出電壓轉(zhuǎn)換的變化率。 ISL9112的可編程輸出電壓范圍為1.9至5 V，非常適合需要?jiǎng)討B(tài)變化電源電壓的應(yīng)用。可以選擇可編程壓擺率，以在輸出電壓設(shè)置之間提供平滑過(guò)渡。

德州儀器是另一家供應(yīng)此領(lǐng)域的供應(yīng)商。與Intersil一樣，TI的單電感降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器在片內(nèi)集成了四個(gè)功率MOSFET，以節(jié)省空間并在兩種工作模式之間無(wú)縫轉(zhuǎn)換。例如，TPS63060和61為由三節(jié)高達(dá)六節(jié)堿性電池，鎳鎘電池或鎳氫電池供電的產(chǎn)品或單節(jié)或雙節(jié)鋰離子或鋰聚合物電池提供電源解決方案。該器件的輸入電壓范圍為2.5至12 V，輸出電壓范圍為2.5至8 V.輸出電流可高達(dá)2 A，同時(shí)使用雙節(jié)鋰離子或鋰聚合物電池并將其放電至5 V或更低。降壓 - 升壓基于固定頻率，脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制器，使用同步整流來(lái)獲得最大效率。它采用10引腳SON PowerPAD封裝，尺寸為3×3 mm。

對(duì)于非常寬的輸入，TI提供TPS55065，一種開(kāi)關(guān)模式降壓 - 升壓穩(wěn)壓器，集成開(kāi)關(guān)，用于電壓模式控制。由于幾乎沒(méi)有外部無(wú)源元件，轉(zhuǎn)換器可在1.5 V至40 V的寬輸入電壓范圍內(nèi)將輸出調(diào)節(jié)至5 V±3％。它可提供高達(dá)500 mA的輸出電流。

凌力爾特公司的輸入和輸出電壓非常寬，其LTM4609是一款高效率（高達(dá)98％）開(kāi)關(guān)模式降壓 - 升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器。開(kāi)關(guān)控制器，功率FET和支持組件包含在單個(gè)LGA封裝中。它的工作輸入電壓范圍為4.5至36 V，支持0.8 V至34 V的輸出電壓范圍，由電阻設(shè)置。這種高效μModule設(shè)計(jì)可在升壓模式下提供高達(dá)4 A的連續(xù)電流（降壓模式下為10A）。只需要一個(gè)電感，檢測(cè)電阻，大容量輸入和輸出電容即可完成設(shè)計(jì)。