BUCK-BOOST电源原理及工作过程解析
引言
buck-boost电路是一种常用的dc/dc变换电路，其输出电压既可低于也可高于输入电压，但输出电压的极性与输入电压相反。下面我们详细讨论理想条件下，buck-boost 的原理、元器件选择、设计实例以及实际应用中的注意事项。
电路原理
buck-boost电路简图如图1。
当功率管q1闭合时，电流的流向见图2左侧图。
输入端，电感l1直接接到电源两端，此时电感电流逐渐上升。导通瞬态时di/dt很大，故此过程中主要由输入电容cin供电。输出端，cout依靠自身的放电为rl提供能量。当功率管q1关断时，电流的流向见图2右侧图。输入端vin给输入电容充电。
输出端，由于电感的电流不能突变，电感通过续流管d1给输出电容cout及负载rl供电。系统稳定工作后，电感伏秒守恒。q1 导通时，电感电压等于输入端电压vin；q1关断时，电感电压等于输出端电压vout。设t为周期，ton为导通时间，toff为关断时间，d为占空比（d=ton/t），下同。由电感伏秒守恒有：
由此可得：
占空比小于0.5时，输出降压；占空比大于0.5时，输出升压。以上式子只考虑电压的绝对值，未考虑输出电压的方向。
元器件计算及各点波形（电感电流连续模式）
以下均在电感电流连续模式下讨论，即ccm。
首先我们先看一下各点理想情况下的波形：
电感 l1
通常δi可以取0.3倍的iin+iout，在导通时，电感的电压等于输入电压，电感感量可由下式计算：
若按上述感量选择电感，则流过电感的峰值电流：
实际应用应留有一定的余量，电感的电流能力通常取1.5*（iin+iout）以上
续流二极管d1
当q1导通时，续流二极管的阴极sw点电压为vin，续流二极管的阳极电压为-vout，故d1承受的电压为：
当q1关断时，续流二极管续流，电流的峰值为ilpeak，平均电流为iout。
由于二极管在高温下漏电容易造成芯片的损坏，故通常要留有一定的余量，其中电压建议1.5倍的余量。
功率管q1
当q1关断时，sw点电压被钳位到-vout，故功率mos承受的最大电压：
当q1导通时，q1的电流峰值为ilpeak，平均电流为iin。
输入电容
输入电容纹波电流有效值可用下式计算：
如果设cin电容在mos导通时，电压跌落不超过δv1，则可用下式计算最小容量：
设计实例
要求
输入电压10～14v，输出电压-5v，输出电流1a，选取合适的芯片，并计算主要元器件参数。
解决步骤
1.计算输入电流：输出功率约5w，输入最大电流，假设80%的效率，则输入电流为 5w/0.8/10v=0.625a；：
2.计算输入峰值电流：1.15*(1a+0.625a)=1.87a；
3.计算功率管、续流肖特基管峰值电压：|-5v|+|14v|=29v；
4.选择合适的芯片，可选耐压为40v左右，电流能力大于2a以上的buck降压芯片，此处选择xl4201；
5.计算10v时的占空比：d=5v/(5v+10v)=0.33；
6.计算电感量：l=0.33*10v/(0.3*150khz*(1a+0.625a))=45uh；
7.计算最小电流能力il=1.5*(1a+0.625a)=2.44a，选用47uh/3 电感；
8.肖特基二极管耐压要大于29v，平均电流1a，峰值电流约1.87a，可选ss36；
9.输入电容纹波电流有效值：icinrms=0.625a*sqrt((1-0.33)/0.33)=0.89a，“sqrt”代表根号；
10.假设输入电压最大跌落0.05v，则cin=(1-0.33)*0.625a/(0.05v*150khz)=56uf，选用47uf电解电容；
11.输出电容纹波电流有效值：icoutrms=1a*sqrt(0.33/(1-0.33))=0.70a；
12.假设输出放电电压最大跌落0.05v，则cout=0.33*1a/(0.05v*150khz)=44uf，选用100uf电解电容。
实际电路可参考下图：
注意事项
1. 芯片与肖特基二极管d1的耐压均要大于输入电压与输出电压绝对值之和；
2. cinb与c1为芯片提供纯净电源，cinb可以选用10uf以上电容即可；
3. 芯片的gnd引脚与输入、输出功率地不是同一属性，注意区分；
4. buck-boost电路的效率要低于单纯的buck或boost电路，实际使用时要注意多留余量。
在非隔离电源方案中，buck、boost、buck-boost电路应用非常广，很多工程师对这三种电路非常熟。下面介绍四开关buck-boost电路。
常规的buck-boost电路，vo=-vin*d/(1-d)，输出电压的极性和输入电压相反。
简要的四开关buck-boost电路，vo=vin*d/(1-d)，输出电压的极性与输入电压相同。
四开关buck-boost的拓扑很简单，如下图。
对于四开关buck-boost，它本身有一种非常传统简单的控制方式。
那就是q1和q3同时工作，q2和q4同时工作。并且两组mos交替导通，如上图。
如果把q2和q4换成二极管，那么也是同样能工作，只不过没有同步整流而已。
对于这种控制方式，在ccm情况下我们可以得到公式：
vin*d=vout（1-d）也就是说，vout=vin*d/(1-d). 这个电压转换比和我们常见的buck-boost是一样的。
只不过常见的buck-boost的输出电压是负压，而四开关输出的是正压。
但是这种控制方式的优点是简单，没有模态切换。但是缺点是，四个管子都在一直工作，损耗大，共模噪音也大。
基于传统控制方式的缺点。多年前，一家知名的ic公司推出了一款控制ic，革新了这个拓扑的控制方式。
其思路就是当vin〉vout的时候，把这个拓扑当纯粹的buck来用，当vin但是，这种思路本身没什么奇特之处。真正有技术含量的是，当vin=vout的时候，采用怎么样的控制方式？
从buck过渡到中间模态，再过渡到boost的时候，如何做到无缝切换？ 这几个问题，后来成为各家ic公司，大开脑洞，争夺知识产权的战场。
接下来，我来介绍某特公司的ic的控制逻辑。
先假设输出为固定的12v，输入假设为一个电池，充满电电压为16v，放电结束电压为8v。
那么从输入16v开始，此时的工作状态显然是buck
那么四个管子的驱动信号如下图
那么当输入电池电压逐渐开始降低，m1的占空比也逐渐开始增大，而m2的占空比开始减小。
此时m2的占空比是个关键的参数。
因为ic内部对m2的脉宽有个最小设定，假如说是200ns。
那么现在假设输入电压掉到12.5v，而m2的脉宽也收缩到了200ns。ic内部的逻辑电路就认为到了模态切换的时候了。
此时发生的变化是，m3和m4两个管子不再是常关和常通的状态，而是开始开关了。
如果我们把上图进行分解，就会发现一个有趣的现象，就是在一个clock周期里面，前半周期是buck，后半周期是boost
这个时候boost切进去的时候，m3是以最小占空比切入的，而且该占空比不可调。
此时m2的占空比则会从最小突然展宽以抵消boost模特切入的影响。在这个时候，输出会产生一个动态效应。
那么当输入继续下降的时候，m2的占空比会继续减小。
那么当m2再度回到最小占空比的时候，ic内部逻辑电路会认为模态需要再次转换了。
此时，m2将固定在最小占空比，而m3则开始跳出最小占空比，可以逐渐展宽。理论上来说，这个过渡应该是完全无缝的切换，
但是由于芯片内部的clock时序的切换，也会对输出造成一种动态效应。
这个时候，变成了前半周期是boost，后半周期是buck。
同样，当输入电压继续降低的时候，电路会切入完全的boost模态。
弘信电子为增加竞争力拟印度投资FPC电子元器件的表面贴装业务
可以游泳佩戴的蓝牙耳机、适合戴着洗澡/游泳的蓝牙耳机推荐
COB光源发展现状及趋势分析
电力还是氢燃料？汽车领域争夺战开演
童年的回忆小霸王再现江湖！这次推出的是小霸王VR主机
BUCK-BOOST电源原理及工作过程解析
Hailo拓展Hailo-8人工智能加速器产品阵列，助力边缘设备实现高性能人工智能
沃尔沃汽车开发电动车感应充电技术
新时代的“电五官”——智能传感器行业的发展前景可期
高科技的产物5G智能巡检机器人
什么是智能合约迁移
苹果新专利 MacBook支持对iPhone和Apple Watch无线快充 但散热是问题
中国联通终于宣布全面 eSIM了！
浅析电阻、电容及电感的高频等效电路及特性曲线
烟气在线连续监测系统设备价格多少钱
史上最薄 诺基亚N7新品及其报价
三星首次展示45W快充USBPD充电器设计
如何在电力系统中正确使用剩余电流继电器
在机器人中实现意识及帮助人形机器人学会关心是我们的目标
中兴通讯副总裁:中国5G技术水平是世界前列
buck-boost电路是一种常用的dc/dc变换电路，其输出电压既可低于也可高于输入电压，但输出电压的极性与输入电压相反。下面我们详细讨论理想条件下，buck-boost 的原理、元器件选择、设计实例以及实际应用中的注意事项。
电路原理
buck-boost电路简图如图1。
当功率管q1闭合时，电流的流向见图2左侧图。
输入端，电感l1直接接到电源两端，此时电感电流逐渐上升。导通瞬态时di/dt很大，故此过程中主要由输入电容cin供电。输出端，cout依靠自身的放电为rl提供能量。当功率管q1关断时，电流的流向见图2右侧图。输入端vin给输入电容充电。
输出端，由于电感的电流不能突变，电感通过续流管d1给输出电容cout及负载rl供电。系统稳定工作后，电感伏秒守恒。q1 导通时，电感电压等于输入端电压vin；q1关断时，电感电压等于输出端电压vout。设t为周期，ton为导通时间，toff为关断时间，d为占空比（d=ton/t），下同。由电感伏秒守恒有：
由此可得：
占空比小于0.5时，输出降压；占空比大于0.5时，输出升压。以上式子只考虑电压的绝对值，未考虑输出电压的方向。
元器件计算及各点波形（电感电流连续模式）
以下均在电感电流连续模式下讨论，即ccm。
首先我们先看一下各点理想情况下的波形：
电感 l1
通常δi可以取0.3倍的iin+iout，在导通时，电感的电压等于输入电压，电感感量可由下式计算：
若按上述感量选择电感，则流过电感的峰值电流：
实际应用应留有一定的余量，电感的电流能力通常取1.5*（iin+iout）以上
续流二极管d1
当q1导通时，续流二极管的阴极sw点电压为vin，续流二极管的阳极电压为-vout，故d1承受的电压为：
当q1关断时，续流二极管续流，电流的峰值为ilpeak，平均电流为iout。
由于二极管在高温下漏电容易造成芯片的损坏，故通常要留有一定的余量，其中电压建议1.5倍的余量。
功率管q1
当q1关断时，sw点电压被钳位到-vout，故功率mos承受的最大电压：
当q1导通时，q1的电流峰值为ilpeak，平均电流为iin。
输入电容
输入电容纹波电流有效值可用下式计算：
如果设cin电容在mos导通时，电压跌落不超过δv1，则可用下式计算最小容量：
设计实例
要求
输入电压10～14v，输出电压-5v，输出电流1a，选取合适的芯片，并计算主要元器件参数。
解决步骤
1.计算输入电流：输出功率约5w，输入最大电流，假设80%的效率，则输入电流为 5w/0.8/10v=0.625a；：
2.计算输入峰值电流：1.15*(1a+0.625a)=1.87a；
3.计算功率管、续流肖特基管峰值电压：|-5v|+|14v|=29v；
4.选择合适的芯片，可选耐压为40v左右，电流能力大于2a以上的buck降压芯片，此处选择xl4201；
5.计算10v时的占空比：d=5v/(5v+10v)=0.33；
6.计算电感量：l=0.33*10v/(0.3*150khz*(1a+0.625a))=45uh；
7.计算最小电流能力il=1.5*(1a+0.625a)=2.44a，选用47uh/3 电感；
8.肖特基二极管耐压要大于29v，平均电流1a，峰值电流约1.87a，可选ss36；
9.输入电容纹波电流有效值：icinrms=0.625a*sqrt((1-0.33)/0.33)=0.89a，“sqrt”代表根号；
10.假设输入电压最大跌落0.05v，则cin=(1-0.33)*0.625a/(0.05v*150khz)=56uf，选用47uf电解电容；
11.输出电容纹波电流有效值：icoutrms=1a*sqrt(0.33/(1-0.33))=0.70a；
12.假设输出放电电压最大跌落0.05v，则cout=0.33*1a/(0.05v*150khz)=44uf，选用100uf电解电容。
实际电路可参考下图：
注意事项
1. 芯片与肖特基二极管d1的耐压均要大于输入电压与输出电压绝对值之和；
2. cinb与c1为芯片提供纯净电源，cinb可以选用10uf以上电容即可；
3. 芯片的gnd引脚与输入、输出功率地不是同一属性，注意区分；
4. buck-boost电路的效率要低于单纯的buck或boost电路，实际使用时要注意多留余量。
在非隔离电源方案中，buck、boost、buck-boost电路应用非常广，很多工程师对这三种电路非常熟。下面介绍四开关buck-boost电路。
常规的buck-boost电路，vo=-vin*d/(1-d)，输出电压的极性和输入电压相反。
简要的四开关buck-boost电路，vo=vin*d/(1-d)，输出电压的极性与输入电压相同。
四开关buck-boost的拓扑很简单，如下图。
对于四开关buck-boost，它本身有一种非常传统简单的控制方式。
那就是q1和q3同时工作，q2和q4同时工作。并且两组mos交替导通，如上图。
如果把q2和q4换成二极管，那么也是同样能工作，只不过没有同步整流而已。
对于这种控制方式，在ccm情况下我们可以得到公式：
vin*d=vout（1-d）也就是说，vout=vin*d/(1-d). 这个电压转换比和我们常见的buck-boost是一样的。
只不过常见的buck-boost的输出电压是负压，而四开关输出的是正压。
但是这种控制方式的优点是简单，没有模态切换。但是缺点是，四个管子都在一直工作，损耗大，共模噪音也大。
基于传统控制方式的缺点。多年前，一家知名的ic公司推出了一款控制ic，革新了这个拓扑的控制方式。
其思路就是当vin〉vout的时候，把这个拓扑当纯粹的buck来用，当vin
从buck过渡到中间模态，再过渡到boost的时候，如何做到无缝切换？ 这几个问题，后来成为各家ic公司，大开脑洞，争夺知识产权的战场。
接下来，我来介绍某特公司的ic的控制逻辑。
先假设输出为固定的12v，输入假设为一个电池，充满电电压为16v，放电结束电压为8v。
那么从输入16v开始，此时的工作状态显然是buck
那么四个管子的驱动信号如下图
那么当输入电池电压逐渐开始降低，m1的占空比也逐渐开始增大，而m2的占空比开始减小。
此时m2的占空比是个关键的参数。
因为ic内部对m2的脉宽有个最小设定，假如说是200ns。
那么现在假设输入电压掉到12.5v，而m2的脉宽也收缩到了200ns。ic内部的逻辑电路就认为到了模态切换的时候了。
此时发生的变化是，m3和m4两个管子不再是常关和常通的状态，而是开始开关了。
如果我们把上图进行分解，就会发现一个有趣的现象，就是在一个clock周期里面，前半周期是buck，后半周期是boost
这个时候boost切进去的时候，m3是以最小占空比切入的，而且该占空比不可调。
此时m2的占空比则会从最小突然展宽以抵消boost模特切入的影响。在这个时候，输出会产生一个动态效应。
那么当输入继续下降的时候，m2的占空比会继续减小。
那么当m2再度回到最小占空比的时候，ic内部逻辑电路会认为模态需要再次转换了。
此时，m2将固定在最小占空比，而m3则开始跳出最小占空比，可以逐渐展宽。理论上来说，这个过渡应该是完全无缝的切换，
但是由于芯片内部的clock时序的切换，也会对输出造成一种动态效应。
这个时候，变成了前半周期是boost，后半周期是buck。
同样，当输入电压继续降低的时候，电路会切入完全的boost模态。
弘信电子为增加竞争力拟印度投资FPC电子元器件的表面贴装业务
可以游泳佩戴的蓝牙耳机、适合戴着洗澡/游泳的蓝牙耳机推荐
COB光源发展现状及趋势分析
电力还是氢燃料？汽车领域争夺战开演
童年的回忆小霸王再现江湖！这次推出的是小霸王VR主机
BUCK-BOOST电源原理及工作过程解析
Hailo拓展Hailo-8人工智能加速器产品阵列，助力边缘设备实现高性能人工智能
沃尔沃汽车开发电动车感应充电技术
新时代的“电五官”——智能传感器行业的发展前景可期
高科技的产物5G智能巡检机器人
什么是智能合约迁移
苹果新专利 MacBook支持对iPhone和Apple Watch无线快充 但散热是问题
中国联通终于宣布全面 eSIM了！
浅析电阻、电容及电感的高频等效电路及特性曲线
烟气在线连续监测系统设备价格多少钱
史上最薄 诺基亚N7新品及其报价
三星首次展示45W快充USBPD充电器设计
如何在电力系统中正确使用剩余电流继电器
在机器人中实现意识及帮助人形机器人学会关心是我们的目标
中兴通讯副总裁:中国5G技术水平是世界前列