如何成功应用DC-DC升压/降压稳压器

DC-DC开关转换器用于有效地将一个直流电压转换为另一个直流电压。高效率DC-DC转换器有三种基本拓扑结构：降压、升压和降压/升压。降压转换器用于产生较低的直流输出电压，升压转换器用于产生较高的直流输出电压，降压/升压转换器用于产生小于、大于或等于输入电压的输出电压。本文重点介绍如何成功应用降压/升压DC-DC转换器。降压和升压转换器已在2011年6月和2011年9月的《模拟对话》中单独介绍，本文将不进行讨论。

图1所示为由单节锂离子（Li-Ion）电池供电的典型低功耗系统。电池的可用输出从放电时的约3.0 V到充满电时的4.2 V不等。系统IC需要1.8 V、3.3 V和3.6 V才能实现最佳工作电压。锂离子电池从4.2 V开始，到3.0 V结束，降压/升压稳压器可以提供恒定的3.3 V电压，降压稳压器或低压差稳压器（LDO）可以在电池放电时提供1.8 V电压。可以想象，当电池电压高于3.5 V时，降压稳压器或LDO可用于3.3 V，但是当电池电压降至3.5 V以下时，系统将停止工作。

图1.典型的低功耗便携式系统。

降压/升压稳压器包含四个开关、两个电容和一个电感，如图2所示。当今的低功耗、高效率降压/升压稳压器在降压或升压模式下工作时，仅主动操作四个开关中的两个，从而降低损耗并提高效率。

图2.降压/升压转换器拓扑。

当 VIN 大于 VOUT 时，开关 C 断开，开关 D 闭合。开关A和B的工作方式与标准降压稳压器相同，如图3所示。

图3.降压模式，当 V在> V外.

当 VIN 小于 VOUT 时，开关 B 断开，开关 A 闭合。开关C和D的工作方式与升压稳压器相同，如图4所示。最困难的工作模式是当VIN在VOUT±10%范围内时，稳压器进入降压-升压模式。在降压-升压模式下，两个操作（降压和升压）在一个开关周期内进行。必须注意减少损耗，优化效率，并消除由于模式切换引起的不稳定性。目的是在电感器中以最小的电流纹波保持电压调节，以保证良好的瞬态性能。

图4.升压模式，当 V在< V外。

在高负载电流下，降压-升压采用电压或电流模式、固定频率脉宽调制 （PWM） 控制，以实现最佳稳定性和瞬态响应。为了确保便携式应用中最长的电池寿命，省电模式可降低轻负载条件下的开关频率。对于无线和其他低噪声应用，其中变频省电模式可能会造成干扰，因此增加了一个逻辑控制输入，以强制在所有负载条件下进行固定频率PWM操作。

降压/升压稳压器可提高系统效率

目前使用的大量便携式系统由单节可充电锂离子电池供电。如上所述，电池将从充满电的 4.2 V 开始，然后缓慢放电至 3.0 V。当电池输出降至 3.0 V 以下时，系统将关闭，以保护电池免受极端放电造成的损坏。当低压差稳压器产生 3.3V 电源轨时，系统将在

VIN MIN = VOUT + VDROPOUT = 3.3 V + 0.2 V = 3.5 V

仅使用电池存储能量的 70%。但是，使用降压/升压稳压器（如ADP2503或ADP2504）可使系统在最低实际电池电压下继续工作。ADP2503和ADP2504均为高效率、低静态电流600 mA和1000 mA升压/降压DC-DC转换器，输入电压大于、小于或等于调节输出电压。电源开关是内置的，最大限度地减少了外部元件的数量和印刷电路板 （PCB） 面积。这种方法允许系统一直工作到3.0 V，使用电池的大部分存储能量，在需要电池充电之前增加系统的工作时间。

为了节省便携式系统的能源，各种子系统（如微处理器、显示器背光和功率放大器）在不使用时经常在全开和睡眠模式之间切换，这可能会在电池电源线上引起较大的电压瞬变。这些瞬变可能导致电池输出电压短暂降至3.0 V以下，并触发电池低电平警告，导致系统在电池完全放电之前关闭。降压/升压解决方案可承受低至2.3 V的电压摆幅，有助于维持系统的潜在工作时间。

降压/升压稳压器主要规格和定义

输出电压范围选项：降压/升压稳压器提供指定的固定输出电压，或允许通过外部电阻分压器设置输出电压的选项。

接地或静态电流：直流偏置电流不适用于负载（我q).智商越低，效率越高，但是我q可在多种条件下指定，包括关断、零负载、脉冲频率模式 （PFM） 或脉宽模式 （PWM） 操作，因此在确定适合应用的最佳升压稳压器时，最好考虑特定工作电压和负载电流下的工作效率。

关断电流：使能引脚设置为关断时消耗的输入电流。低我q对于电池供电设备处于睡眠模式时的长待机时间非常重要。在逻辑控制关断期间，输入与输出断开，从输入源消耗的电流小于1 μA。

软启动：重要的是具有软启动功能，该功能以受控方式斜坡输出电压，以防止启动时输出电压过冲。

开关频率：低功耗降压/升压转换器的工作频率通常在500 kHz至3 MHz之间。 较高的开关频率允许使用更小的电感器并减少所需的PCB面积，但开关频率每增加一倍，效率就会降低约2%。

热关断：如果结温上升到指定限值以上，热关断电路将关闭稳压器。持续的高结温可能是高电流操作、电路板冷却不良和/或高环境温度的结果。保护电路包括迟滞，因此，在热关断后，器件不会恢复正常工作，直到片内温度降至预设限值以下。

结论

低功耗降压-升压稳压器具有久经考验的性能和深入的支持，让您无需担心使用开关DC-DC转换器的设计。