降压/升压转换器随时代变迁

在这些条件下，LED的正向电压降约为3.6V。根据温度、元件变化和电池条件，如果你希望降压/升压转换器获得最佳性能，那么这就是一种经典情况。”这些设计优点适用于用锂离子电芯供电的LED闪光灯。

在处理变化幅度大的输入电压时，人们也许会考虑采用降压/升压转换器，而它们在输出电压随元件变化而改变的应用中也很好用。Supertex公司应用工程师RohitTirumala指出，一些普通照明使用的是廉价的24V“砖块”电源。虽然LED串的输入电压得到相当程度的稳压，但输出电压可能因元件不同而明显变化。他说：“由于LED电压的变化，LED串也许需要降压或升压。例如，每个LED的变化幅度可能达1V。正向电压可能是3V至4V，因此包含6个LED的串也许需要18V~24V。”

AnalogDevices公司产品营销经理BrianWengreen指出：松下和其它锂离子电池制造商正在创造改良的电池化学类型，它们在电池从3V放电至2.5V时会产生更多能量。他说：“依靠单个锂离子电芯工作的手机或照相机也许有变焦镜头或某种传动器，它需要稳定电压向机械系统提供扭矩。”这些照相机制造商在这种情况下使用降压/升压转换器，这是因为它们能“榨干”电池的最后一点能量。

这些例子表明降压/升压转换器如何在输入电压和输出电压要求都变化时供电。这些转换器也是通用的。Tirumala说：“一些工程师想拥有使用相同电源的不同产品型号。某个型号也许使用四个LED，某个型号也许使用六个LED。它们能使用相同的降压/升压电源，因此成本会下降，而批量会上升。”他还指出：在人们使用整流交流电波形作为输入电源时，降压/升压转换器很好用（图1e）。此类应用之一是用LED取代MR16等无处不在的12V卤素灯泡。卤素灯具用交流或整流交流波形驱动灯泡。在LED灯泡的基座中使用降压/升压电路，设计者就能在输入电压变化时确保更恒定的平均电流。

　　详解

既然降压/升压电路有如此多的应用，这使模拟系统工程师有必要更多了解它们。首先是术语。隔离回扫转换器能提供固定输出电压，甚至在输入电压摆动至高于或低于输出时也如此。然而没有人把回扫转换器称作降压/升压转换器。另一个例子是离线电源中的PFC（功率因数校正）电路。即使第一级是升压转换器，第二级是降压转换器，工程师也很少把该体系结构称作降压/升压转换器。存在开关电容器降压/升压电路，例如美国国家半导体公司（NationalSemiconductor）的LM3355，但多数设计者在听到“降压/升压”这一术语时会想到电感转换器。其它先进的转换器拓扑结构，比如Telsa公司的隔离式TeslaConverter，能执行降压/升压功能，但工程师也不把它们称作“降压/升压”转换器。

经典的降压/升压转换器是具有逆变体系结构的单开关转换器（图2a）。由于该电路是逆变的，因此它的输出电压可以高于或低于输入电压，而无论哪个电压在变化，无论是否两个电压都在变化。当开关关闭时，电感积累电流。当开关打开时，电感仍试图使该电流流动，因此电感的开关端变为负，而电感电流随后把输出电容器充电至某个相对于输入电压为负的电压。在5V输入时，电路同样运行良好，产生-4V和-6V（图2b）。正如其它多数电源体系结构一样，单开关转换器也有许多有效变化。通过重新排列电感，可以造出负至正降压/升压转换器（图2c）。像简单的降压或升压体系结构一样，降压/升压转换器能以连续或非连续模式运行。

这种简单的逆变降压/升压拓扑结构当然可行，但一个缺点是功率晶体管的开关动作会在输入电容器中造成强烈的电流纹波。加州理工学院教授SlobodanCuk于1976年解决了这个问题，当时他发明了Cuk转换器拓扑结构（参考文献1、参考文献2、图3）。通过添加第二个电感并使用电容器转移能量，Cuk转换器用电感把开关围绕起来。由于输入电容器向电感的非开关端馈电，因此任何输入电流的变化速度都不超过三角波。与此类似，电路用第二个电感的非开关端向输出电容器馈电，因此电流的三角波也给这些电容充电，产生较低的纹波电压，并因此在电容器中产生较少热量。尽管使用两个电感成本更高，但人们可经常使用价值较低的输入和输出电容器，它们能节约成本。变化较慢的电容器电流导致电路产生较少的EMI（电磁干扰）和RFI（射频干扰），这对汽车应用有利。慢速输入电流的变化意味着可以无须使用输入电容器，并且由于汽车导线中的电流是三角波，因此转换器电路不会产生很多令人反感的电噪声。

常规降压/升压转换器和Cuk转换器的一个局限性在于，它们与SEPIC（