用于便携式系统的降压-升压转换器

比单独的降压转换器低很多。尽管这些拓扑利用了整个电池容量，但他们的效率比降压转换器的效率低很多。在很多实例中，单独 的降压转换器运行时超过其它两种拓扑。直到约2005年，完全集成的降压转换器还常常是产生3.3V电压轨的最佳选择。

       低压差稳压器方案

       另外一种并未得到广泛使用的解决方案是LDO。与"单降压"的解决方案一样，LDO也不能完全利用到电池的容量。这是因为只有当输入电压大于输出电压加 LDO压差时LDO才保持调压功能。比如LDO的压差为0.15V，当电池电压降低到3.3V + 0.15V = 3.45V后，3.3V的输出电压开始下降。根据LDO压差的不同，与"单降压"解决方案相比，这种解决方案可能会留下很多未用能量在电池里。尽管有这样 的缺点，LDO的好处仍然使其在合适的情况下成为很有吸引力的解决方案。

       LDO通常提供最小的解决方案尺寸，在空间约束成为系统的主要要求时，它是一种可选的方案。LDO通常也是最便宜的解决方案，因此对成本敏感的应用来说极 具吸引力。很多设计师因为低效率而放弃采用LDO，但是认真了解这种应用的效率(等式2)会发现这是一个不错的解决方案。

由于满充的锂离子电池初始电压为4.2V，因此LDO效率初始值为78%，随着电池电压的降低效率也随之增加。

       降压-升压转换器解决方案

       降压-升压拓扑结构正在得到广泛的应用。这种拓扑结构整合了前面讨论的所有其他解决方案的最佳特性。正如其名一样，它提供"降压和升压"功能，可以百分之百地利用电池容量。

       根据具体的降压-升压转换器实现方式，降压-升压转换器可以具有非常高的效率。例如， TI公司的全集成降压-升压转换器TPS63000在进行3.6V到3.3 V的转换中效率可达95%左右。非常高效率地使用整个电池容量提供了所有解决方案中最长的使用时间。集成了功率开关、补偿器件和反馈电路的完全集成的降压 -升压转换器解决方案的尺寸非常小。需要的外部器件仅仅包括输入电容、输出电容和电感，就器件数量和方案尺寸而言，可以与降压方案媲美。单芯片的高集成度IC解决方案有助于使总体成本最小。

       图2显示了降压-升压电源等级。该拓扑结构由一个降压电源级和一个升压电源级组成，降压电源级的两个功率开关通过功率电感连接到降压电源级的两个功率开 关。这些开关可以用三种不同的工作模式进行控制：降压-升压模式、降压模式和升压模式。一种特殊的IC工作模式是输入-输出电压比、IC控制拓扑的函数。

图2：降压-升压电源级。

       不是所有的降压-升压转换器都是相同的

       在便携式应用中采用降压-升压转换器的情况已经存在很长一段时间了。当涉及到效率和尺寸大小的时候，通常这些降压-升压转换器有很严格的要求。硅片和封装 技术只是在最近才发展到能在一个小封装中用一个合适的控制环集成4个MOSFET开关。有几种降压-升压转换器可供选择，但是通常这些降压-升压转换器具 有很不一样的工作特性。

       尽管不同的降压-升压解决方案具有相同的电源级拓扑，但它们具有差异很大的控制电路。有三种标准的降压-升压转换器。第一种在每个开关周期内所有四个 MOSFET都工作。这将产生典型的降压-升压波形。仔细分析这些波形可以发现通过电感和MOSFET的均方根(RMS)电流远远高于标准的降压或升压转 换器。这导致降压-升压拓扑的导通和开关损耗增加。四个开关同时工作还增加了栅极驱动损耗，在较低的输出电流下，这会极大地降低效率。

       第二种降压-升压控制方案比较新，每个开关周期只有两个MOSFET工作，因此降低了损耗。参见图2，这种控制方案工作在三种不同的模式。当Vin大于 Vout时，转换器打开Q4，关闭Q3。然后像经典的降压转换器一样，控制Q1和Q2。当Vin低于Vout，控制电路打开Q2并关闭Q1。然后像经典的 升压转换器一样控制Q3和Q4。这种控制模式在降压和升压模式之间的转换期间存在几种控制和操作问题。这些问题的解决办法是在转换期间以典型的降压-升压 模式工作。在这种工作模式下，所有四个开关都是可操作的。降压-升压模式消除了控制问题。然而，它在转换期间的效率大大降低，因为增加了开关损耗，并增加 了RM