降压/升压转换器随时代变迁

Cuk和SEPIC体系结构的一个优点是，它们不允许电力通过转换器回流，这是因为它们包含一个电容，它把能量从输入端转移至输出端。该特性在电池充电方面可以提供重要益处。电容器防止电流从电池向后流动，经过元件并进入输入端。

另一个需要输入电压与输出电压具有相同极性的应用是一种把4.2V~2.5V锂离子电芯电压转换至3.3V的电路。可在该应用中使用SEPIC，但它们的效率一般仅为82%~85%。在试图从锂离子电芯中挤出最后一点能量时，上述效率是不可接受的。在这种情况下，设计者可以转向一种四开关同步降压/升压体系结构（图5）。该拓扑结构仅用一个电感，但使用四个功率晶体管把电感当作降压或升压转换器，这取决于输入电压。输入和输出电流经受的纹波可能大于Cuk转换器，但手持设备目前使用陶瓷功率电容器，它们的ESR（等效串联电阻）和ESL（等效串联电感）很低，因此纹波电流不会造成关联的纹波电压。正如人们想象的那样，同步降压/升压转换器面临的难题是控制。两个电源开关的作用是转换降压和升压模式。另两个晶体管开关是同步整流器，正如它们在同步降压或同步升压转换器中那样。当转换器在降压模式和升压模式之间回转时，所有四个晶体管均须无缝开关。

手持系统市场由于销量大，利润高，促使许多厂商挺身迎接同步降压/升压转换器制造方面的挑战。德州仪器公司（TexasInstruments）应用经理MichaelDay说：“我们已把传统的四开关降压/升压分解为两条控制环路，来提供升压转换器或降压转换器。我们优化了控制系统，以便在3.6V输入电压提供最高效率。”据Day表示，一些常规四开关降压/升压拓扑结构在输入电压和输出电压彼此接近时，会立刻操作所有四个开关。

凌力尔特公司模拟设计师CarlNelson把该模式称作“回扫”，这是因为该元件把能量存于电感，然后把它切换到输出电容器中。TITPS63000利用它的两条控制环路来操作降压或升压开关，但从不操作所有四个。该方法使各单元能在很大输入范围内的效率达到95%以上。由于该元件在降压和升压操作之间切换，因此看起来也许像是所有四个开关立刻在工作，但该元件首先执行一个降压循环，然后执行一个升压循环。一旦输入电压和输出电压分道，该元件就锁定到一种工作模式中。由于该元件从不以四开关模式运行，因此同步FET只是当作低损耗二极管。

与此类似，凌力尔特公司提供LTC3440，它于2001年面世，现在包含的元部件超过一打。该公司还提供LTM4605模块，其效率从不低于93%，还提供一种降压/升压控制器，使人们能使用四个外部晶体管。LTC3780在输入端能承受高达36V电压，因此可把它用于需要降压/升压功能的汽车和工业应用。

由于使用锂离子电池的应用在增多，许多模拟设计公司正在制造各种元件来降低和升高电池电压。例如，AnalogDevices公司最近发布了四开关H桥同步ADP2503和ADP2504降压/升压转换器，开关频率为2.5MHz。这些器件使用一种平均电流模式体系结构来改善瞬态响应，由此提供良好的负载调节，并在释放突发电流浪涌时防止过冲。与其它同步降压/升压元件一样，ADP2503能依靠一个锂离子电芯供电，并保持超过92%的效率。该元件的静态电流也很低，因此即使在输出功率电平很低时也能保持高效率。另一种器件是美国国家半导体公司的LM3668，它把锂离子电芯降低或升高至3.3V或类似电压，输出1A，开关频率为2.2MHz。

在补偿那些在电源路径中可能有多达四个极的系统方面，IC厂商已降低了它的复杂性和设计挑战。该特性使系统设计者能专注于产品的体系结构，而不是电源转换器的控制算法方面的琐事。Cuk、SEPIC、降压/升压拓扑结构都在变得像无处不在的降压稳压器一样易用。人们在设计中一定要考虑这些拓扑结构。

参考文献

1. “Cuk converter.”
2. Middle brook,RD,and Slobodan Cuk,“Ageneral unified approach tomodelling switching converter Power　stages,”International Journal of Electronics , Volume42 , Issue6 , June1977 , pg521.