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網(wǎng)友熱議：四開關(guān)buck-boost變換器的點(diǎn)滴

發(fā)布時(shí)間：2015-08-06 責(zé)任編輯：sherry

【導(dǎo)讀】作為新手在以后的電子設(shè)計(jì)過程中，總會(huì)碰到開關(guān)buck-boost變換器的相關(guān)設(shè)計(jì)，本文本著服務(wù)電子元件技術(shù)網(wǎng)的朋友們，為大家?guī)碜约宏P(guān)于四開關(guān)buck-boostt變換器的一些小想法。
 
現(xiàn)在正在研究四開關(guān)buck-boost，和大家一起來討論一下這個(gè)不算很熱門的拓?fù)浒伞?/div>
 
四開關(guān)buck-boost的拓?fù)浜芎唵?，如下圖。
四開關(guān)buck-boost的拓?fù)? width=
對于四開關(guān)buck-boost，它本身有一種非常傳統(tǒng)簡單的控制方式。
四開關(guān)buck-boost的拓?fù)? width=
那就是Q1和Q3同時(shí)工作，Q2和Q4同時(shí)工作。并且兩組MOS交替導(dǎo)通，如上圖。
 
如果把Q2和Q4換成二極管，那么也是同樣能工作，只不過沒有同步整流而已。
 
對于這種控制方式，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(gè)電壓轉(zhuǎn)換比和我們常見的buck-boost是一樣的。
四開關(guān)buck-boost的拓?fù)? width=
只不過常見的buck-boost的輸出電壓是負(fù)壓，而四開關(guān)輸出的是正壓。
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但是這種控制方式的優(yōu)點(diǎn)是簡單，沒有模態(tài)切換。但是缺點(diǎn)是，四個(gè)管子都在一直工作，損耗大，共模噪音也大。
四開關(guān)buck-boost的拓?fù)? width=
基于傳統(tǒng)控制方式的缺點(diǎn)。多年前，一家知名的IC公司推出了一款控制IC，革新了這個(gè)拓?fù)涞目刂品绞健?/div>
 
其思路就是當(dāng)Vin〉Vout的時(shí)候，把這個(gè)拓?fù)洚?dāng)純粹的BUCK來用，當(dāng)Vin<Vout的時(shí)候 當(dāng)一個(gè)boost來用。
四開關(guān)buck-boost的拓?fù)? width=
但是，這種思路本身沒什么奇特之處。真正有技術(shù)含量的是，當(dāng)VIn=Vout的時(shí)候，采用怎么樣的控制方式？
 
從buck過渡到中間模態(tài)，再過渡到boost的時(shí)候，如何做到無縫切換？ 這幾個(gè)問題，后來成為各家IC公司，大開腦洞，爭奪知識(shí)產(chǎn)權(quán)的戰(zhàn)場。
 
先假設(shè)輸出為固定的12V，輸入假設(shè)為一個(gè)電池，充滿電電壓為16V，放電結(jié)束電壓為8V。
 
那么從輸入16V開始，此時(shí)的工作狀態(tài)顯然是BUCK。
 
那么四個(gè)管子的驅(qū)動(dòng)信號如下圖：
四開關(guān)buck-boost的拓?fù)? width=
四開關(guān)buck-boost的拓?fù)? width=
那么當(dāng)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(shí)M2的占空比是個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)。
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因?yàn)镮C內(nèi)部對M2的脈寬有個(gè)最小設(shè)定，假如說是200ns。
 
那么現(xiàn)在假設(shè)輸入電壓掉到12.5V，而M2的脈寬也收縮到了200ns。IC內(nèi)部的邏輯電路就認(rèn)為到了模態(tài)切換的時(shí)候了。
 
 此時(shí)發(fā)生的變化是，M3和M4兩個(gè)管子不再是常關(guān)和常通的狀態(tài)，而是開始開關(guān)了。
四開關(guān)buck-boost的拓?fù)? width=
如果我們把上圖進(jìn)行分解，就會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的現(xiàn)象，就是在一個(gè)clock周期里面，前半周期是buck，后半周期是boost。
四開關(guān)buck-boost的拓?fù)? width=
這個(gè)時(shí)候boost切進(jìn)去的時(shí)候，M3是以最小占空比切入的，而且該占空比不可調(diào)。此時(shí)M2的占空比則會(huì)從最小突然展寬以抵消boost模特切入的影響。在這個(gè)時(shí)候，輸出會(huì)產(chǎn)生一個(gè)動(dòng)態(tài)效應(yīng)。那么當(dāng)輸入繼續(xù)下降的時(shí)候，M2的占空比會(huì)繼續(xù)減小。
 
那么當(dāng)M2再度回到最小占空比的時(shí)候，IC內(nèi)部邏輯電路會(huì)認(rèn)為模態(tài)需要再次轉(zhuǎn)換了。此時(shí)，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(gè)過渡應(yīng)該是完全無縫的切換，但是由于芯片內(nèi)部的clock時(shí)序的切換，也會(huì)對輸出造成一種動(dòng)態(tài)效應(yīng)。
四開關(guān)buck-boost的拓?fù)? width=
這個(gè)時(shí)候，變成了前半周期是boost，后半周期是buck。同樣，當(dāng)輸入電壓繼續(xù)降低的時(shí)候，電路會(huì)切入完全的boost模態(tài)。
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