今天給大家分享的是：為什么 Buck-Boost 芯片沒有輸出負(fù)壓？

不知道大家在項(xiàng)目于上使用Buck-Boost芯片時(shí)，有沒有這樣的疑問：選用的明明是升降壓變換器，也在單板上正常使用了，但是輸出并不是負(fù)壓！

應(yīng)該很多人有過這樣的設(shè)計(jì)：輸入電壓是2.5~5V，輸出3.3V，DC-DC芯片選用的就是Buck-Boost芯片，輸出也的確是正的3.3V，并不是基礎(chǔ)拓?fù)湔f的負(fù)壓！

那到底是原因?qū)е碌哪兀?/span>

一、標(biāo)準(zhǔn)的Buck-Boost變換器的拓?fù)?/span>

先了解標(biāo)準(zhǔn)的 Buck-Boost 變換器的拓?fù)?。?dāng) Q1 開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓對電感進(jìn)行充電，此時(shí)二極管D1截止。

當(dāng) Q1 開關(guān)管閉合時(shí)，電感阻止電流的降低，感應(yīng)出的電流對負(fù)載充電，此時(shí)二極管 D1導(dǎo)通，則負(fù)載下端電壓高，上端電壓低，如果將下端作為 GND，輸出即為負(fù)壓。

標(biāo)準(zhǔn)的Buck-Boost變換器的拓?fù)?/span>

按照 Buck-Boost 的工作原理，輸出確實(shí)應(yīng)該就是負(fù)壓，但實(shí)際上各大廠商提供的Buck-Boost芯片很少是輸出負(fù)壓的。

比如 MP28160芯片，從芯片外部來看，就一個(gè)電感。從芯片的描述來看，明明就是 Buck-Boost 芯片，但是輸出卻是正電壓。

MP28160芯片外部

要解決上面的疑問，還要深入到芯片內(nèi)部來看。

下面是 MP28160 的內(nèi)部框圖，竟然有四個(gè)MOS管。這和最開始介紹的Buck-Boost拓?fù)洳⒉灰粯?！沒有二極管，而且多了三個(gè)MOS管。

MP28160 的內(nèi)部框圖

現(xiàn)在，我們來推導(dǎo)一下，從負(fù)壓的 Buck-Boost 怎么得到正壓的四管的 Buck-Boost。

二、從負(fù)壓的Buck-Boost怎么得到正壓的四管的Buck-Boost?

1、目標(biāo)是輸入2.5V~5V，輸出3.3V，可以先升壓再降壓

如下圖所示，將兩個(gè)拓?fù)浯?lián)起來，完全可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)需求，而且是正壓輸出。

但是這里有兩個(gè)電感，而且需要兩個(gè)控制器，一個(gè)降壓，一個(gè)升壓，同時(shí)這里還有兩個(gè)二極管，損耗比較高，效率低，且成本高。

2、為了解決上述問題，將二極管換成 MOS 管

只要合理控制上述4個(gè)MOS管的開通和關(guān)斷時(shí)序，完全可以實(shí)現(xiàn)升壓，降壓功能，且輸出正壓。

但是這里還是有個(gè)問題沒解決——存在兩個(gè)電感！

3、為了解決兩個(gè)電感的問題，改用降壓和升壓串聯(lián)

這種方案相比升壓和降壓串聯(lián)，只有一個(gè)電感，輸出正壓，更接近目標(biāo)的需求。但是因?yàn)榇嬖趦蓚€(gè)二極管，還是會(huì)存在效率低，無法用在大功率的場合。因此，還需要進(jìn)一步優(yōu)化。

4、將二極管更換為MOS管

經(jīng)過上述4步的變換，既可以實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)需求，同時(shí)還和剛剛看到的 MP28160芯片內(nèi)部的拓?fù)淇驁D一致，這說明，使用降壓和升壓拓?fù)浯?lián)，其實(shí)是可以實(shí)現(xiàn)升降壓的。

所以，大家在單板上使用的Buck-Boost芯片，更為準(zhǔn)確的說應(yīng)該是四管單電感升降壓變換器。與最初大家所熟知的，帶有二極管的負(fù)極性的Buck-Boost拓?fù)洳⒉皇敲枋龅耐粋€(gè)電路拓?fù)洹?/span>

三、對于上述4個(gè)MOS管的拓?fù)洌侨绾螌?shí)現(xiàn)所需要的電壓？

在 MP28160 Datasheet 上找到相關(guān)的描述，MOS管的開通的關(guān)斷會(huì)自動(dòng)根據(jù)輸入和輸出電壓的關(guān)系，進(jìn)行MOS時(shí)序控制。

MP28160 Datasheet

1、當(dāng)輸入電壓高于輸出電壓時(shí)，工作在 Buck模式

Buck 模式時(shí)序如下，這種模式下要求Q3一直需要導(dǎo)通。

2、當(dāng)輸出電壓高于輸入電壓時(shí)，工作在Boost模式時(shí)

時(shí)序如下，這種模式下要求Q1一直需要導(dǎo)通。

3、當(dāng)輸入電壓和輸出電壓接近時(shí)，工作在Buck-Boost模式

這種模式存在兩種方式：

（1）當(dāng)輸入電壓高于輸出電壓時(shí)，此時(shí)有Buck充電和Boost充電兩種方式，而只有Buck放電一種方式；

Buck充電方式，MOS管工作時(shí)序

Buck充電方式，MOS管工作時(shí)序

Boost充電方式，MOS管工作時(shí)序

Boost充電方式，MOS管工作時(shí)序

Buck放電方式，MOS管工作時(shí)序

Buck放電方式，MOS管工作時(shí)序

（2）當(dāng)輸出電壓高于輸入電壓時(shí)，此時(shí)只有Boost充電一種方式，而有Buck放電和Boost放電兩種方式；

Boost充電方式，MOS管工作時(shí)序

Boost充電方式，MOS管工作時(shí)序

Buck放電方式，MOS管工作時(shí)序

Buck放電方式，MOS管工作時(shí)序

Boost放電方式，MOS管工作時(shí)序

Boost放電方式，MOS管工作時(shí)序

從上面的分析可以看出，四管升降壓的拓?fù)湎啾葞в卸O管的負(fù)壓Buck-Boost而言，工作模式多樣，控制方式也比較復(fù)雜，在PCB布局設(shè)計(jì)時(shí)要求也更高，因?yàn)槌霈F(xiàn)了更多SW節(jié)點(diǎn)和功率回路。

四、總結(jié)

基礎(chǔ)的Buck-Boost拓?fù)?，輸出的確是負(fù)壓。但是在實(shí)際工作應(yīng)用中，需要Buck-Boost拓?fù)?，且輸出?fù)壓的并不多。目前被廣泛使用的，只有一個(gè)電感的升降壓電路，準(zhǔn)確的來說，并不是我們常說的Buck-Boost基礎(chǔ)拓?fù)洹?/span>

只不過是四管單電感的這種拓?fù)淝『脤?shí)現(xiàn)了升降壓的功能，而且還僅僅就一個(gè)電。因此，這種升降壓電路更為準(zhǔn)確的說法應(yīng)該是：四管單電感升降壓型Buck-Boost拓?fù)洹?/span>

四管的工作時(shí)序和模式和輸入和輸出電壓有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)系，當(dāng)輸入大于輸出時(shí)，Buck多，Boost少；當(dāng)輸出大于輸入時(shí)，Buck少Boost多。

回到開頭的疑問，基礎(chǔ)的、三種非隔離的DC -DC拓?fù)渲坏腂uck-Boost，輸出是負(fù)壓。但是，目前使用較多的，輸出是正壓的，應(yīng)該是四管單電感升降壓型拓?fù)?，很明顯它屬于Buck-Boost，但作為硬件開發(fā)人員，需要做好區(qū)分，而不能混為一體。

來源：《大話硬件》
https://mp.weixin.qq.com/s/Xv_ADhyq5Ag1sU6VgidXLQ