降压/升压转换器随时代变迁

降压/升压转换器提供的电压既可高于输入电压，也可低于输入电压。如果设计方案的输入电压会剧烈变化，或者如果其负载电压会变化，则该特性就有用武之地。

　　要 点

　　·降压/升压转换器在汽车、消费类电子产品和其它应用中找到了用武之地。

　　·简单的降压/升压转换器和 Cuk 转换器使输入电压逆变。

　　·SEPIC（单端初级电感转换器）和四开关同步 H 桥降压/升压转换器不会使输入电压逆变。

　　·许多公司在为手持系统市场生产同步四开关降压/升压转换器。

　　·多数降压/升压体系结构具有 80% ~ 85% 效率，而同步四开关拓扑结构的效率高于 92%。

降压/升压转换器拓扑结构适合多种应用。不论是用电池给电池充电，为一串LED供电，还是依靠单节电池运行手持设备，降压/升压拓扑结构均能提供一种重要的设计技巧。不论是需要低成本、高效率，或是低噪声，降压/升压拓扑结构的某个版本均能解决问题。并且，如果降压/升压设计是为多种产品工作，则能省却为每个负载电压设计单独电源的大量工作。然而，正如任何类型的设计一样，降压/升压转换器也有自己的设计难题。

例如，降压/升压转换器的一种常见应用：电池对电池充电，比如用车载电池给10.8V镍金属氢化物电池（NiMH）充电（图1a）。乍一看，人们也许会认为可使用低压差线性稳压器来执行这项任务，这是因为稳压器的10.8V电压接近12V铅酸电池的电压。但是，如果车正在行驶，则电池的充电电压为13.75V~14.2V，表明也许需要使用开关稳压器来防止功率损耗。人们也许仍然认为简单的降压稳压器应该能够胜任这项工作。然而，镍金属氢化物电池是从恒定电流接收电荷，因此它们的电芯电压升至每芯1.4V~1.6V。因此，对于9芯10.8V电池组，电荷终结电压必须达到12.6V。能在100mV压降情况下供电的现代同步降压稳压器也许仍能做这项工作，但该方法假定车在行驶。然而，在轿车诊断测试仪器的真实应用中，必须假设一些车没有启动。铅酸汽车电池在13V~14V充电，而无负载电压为12V。显然无法用12V电源和降压稳压器把9芯镍金属氢化物电池充到其12.6V终结电压。

汽车测试仪器应用也许很深奥，但系统设计者面临一个常见得多的问题：如何用一个锂离子电芯为3.3V手持电子系统供电（图1b）？想想使用Windows的手持电脑。它的存储器等数字电子部件必须依靠3.3V电源工作，而一个锂离子电芯提供3V~3.7V电力，因此让3.3VIC以3V运行也许很诱人。然而在电源电压范围方面，数字工艺不如模拟工艺宽松，以至于一些制造商拒绝说明芯片在3V的特性。

另一种方法是采用两个锂离子电芯，然而，该方法有一些劣势。首先，应想到作为电源，电池的问题比电芯多。人们必然会担心可靠性：如果任何一个电芯由于断路而失效，则系统会丧失电力。如果任何一个电芯短路，则内部易熔元件会熔断——希望熔断不会引发火灾。无论如何，短路之后产品都无法正常工作。同样麻烦的是电芯电荷平衡问题。由于电池是金属电镀装置，因此通过把铅、锂或镍从阴极电镀到阳极来给它们充电。在给电池放电时，金属或金属离子从阳极向阴极放电。给电池重新充电时会出现另一个问题：如果一串电芯中的某一个接受的电荷较少，则它会限制电池组的输出。使用两个锂离子电芯时，该方法将把充电电压限制在8.4V。但该方法不保证每个电芯刚好4.2V。为了保证上述电压值，就必须实现复杂而昂贵的电荷平衡电路，它们以最优电压给每个电芯充电和放电。因此，多数现代手持产品均使用单一电芯。由于锂离子电芯输出3V~3.7V，因此降压/升压转换器适用于那些需要3.3V的手持设备。

降压/升压转换器还可广泛用于汽车LED驱动器（图1c）。它们有着与汽车测试仪器相同的电池电压范围问题。实际上，汽车方面的用途存在更重要的约束条件。汽车在启动时，在转动发动机时，电池可能会降至8V。汽车测试仪器用充电电路的工作时间必须比汽车启动时间更长。然而，如果电源转换器在操作一串制动灯，人们不会希望由于输入电压摆动而使电路的输出下降。降压/升压体系结构能处理上述冷启动周期以及来自箝位负载陡降事件的40V瞬态。

一种类似应用正在推动手机中的LED闪光装置的发展（图1d）。LED的正向电压可能高于或低于单芯锂离子电芯。降压/升压拓扑结构确保闪光LED总能接收相同电流，无论电池状态如何，也无论LED的任何工艺变化改变了它的正向电压。凌力尔特公司（LinearTechnology）设计经理SamNork说：“看看LED用作闪光灯的手机相机，也许你可以驱动0.5A流过LED。