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網友熱議：四開關buck-boost變換器的點滴

發布時間：2015-08-06 責任編輯：sherry

【導讀】作為新手在以後的電子設計過程中，總會碰到開關buck-boost變換器的相關設計，本文本著服務電子元件技術網的朋友們，為大家帶來自己關於四開關buck-boostt變換器的一些小想法。

現在正在研究四開關buck-boost，和大家一起來討論一下這個不算很熱門的拓撲吧。

四開關buck-boost的拓撲很簡單，如下圖。

四開關buck-boost的拓撲

對於四開關buck-boost，它本身有一種非常傳統簡單的控製方式。

四開關buck-boost的拓撲

那就是Q1和Q3同時工作，Q2和Q4同時工作。並且兩組MOS交替導通，如上圖。

如果把Q2和Q4換成二極管，那麼也是同樣能工作，隻不過沒有同步整流而已。

對於這種控製方式，在CCM情況下我們可以得到公式：

Vin*D=Vout（1-D）也就是說，Vout=Vin*D/(1-D). 這個電壓轉換比和我們常見的buck-boost是一樣的。

四開關buck-boost的拓撲

隻不過常見的buck-boost的輸出電壓是負壓，而四開關輸出的是正壓。

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但是這種控製方式的優點是簡單，沒有模態切換。但是缺點是，四個管子都在一直工作，損耗大，共模噪音也大。

四開關buck-boost的拓撲

基於傳統控製方式的缺點。多年前，一家知名的IC公司推出了一款控製IC，革新了這個拓撲的控製方式。

其思路就是當Vin〉Vout的時候，把這個拓撲當純粹的BUCK來用，當Vin<Vout的時候當一個boost來用。

四開關buck-boost的拓撲

但是，這種思路本身沒什麼奇特之處。真正有技術含量的是，當VIn=Vout的時候，采用怎麼樣的控製方式？

從buck過渡到中間模態，再過渡到boost的時候，如何做到無縫切換？這幾個問題，後來成為各家IC公司，大開腦洞，爭奪知識產權的戰場。

先假設輸出為固定的12V，輸入假設為一個電池，充滿電電壓為16V，放電結束電壓為8V。

那麼從輸入16V開始，此時的工作狀態顯然是BUCK。

那麼四個管子的驅動信號如下圖：

四開關buck-boost的拓撲

四開關buck-boost的拓撲

那麼當輸入電池電壓逐漸開始降低，M1的占空比也逐漸開始增大，而M2的占空比開始減小。

此時M2的占空比是個關鍵的參數。

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因為IC內部對M2的脈寬有個最小設定，假如說是200ns。

那麼現在假設輸入電壓掉到12.5V，而M2的脈寬也收縮到了200ns。IC內部的邏輯電路就認為到了模態切換的時候了。

此時發生的變化是，M3和M4兩個管子不再是常關和常通的狀態，而是開始開關了。

四開關buck-boost的拓撲

如果我們把上圖進行分解，就會發現一個有趣的現象，就是在一個clock周期裏麵，前半周期是buck，後半周期是boost。

四開關buck-boost的拓撲

這個時候boost切進去的時候，M3是以最小占空比切入的，而且該占空比不可調。此時M2的占空比則會從最小突然展寬以抵消boost模特切入的影響。在這個時候，輸出會產生一個動態效應。那麼當輸入繼續下降的時候，M2的占空比會繼續減小。

那麼當M2再度回到最小占空比的時候，IC內部邏輯電路會認為模態需要再次轉換了。此時，M2將固定在最小占空比，而M3則開始跳出最小占空比，可以逐漸展寬。理論上來說，這個過渡應該是完全無縫的切換，但是由於芯片內部的clock時序的切換，也會對輸出造成一種動態效應。

四開關buck-boost的拓撲

這個時候，變成了前半周期是boost，後半周期是buck。同樣，當輸入電壓繼續降低的時候，電路會切入完全的boost模態。

四開關buck-boost的拓撲

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