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开关电源最常见的三种结构布局是降压(buck)、升压(boost)和降压-升压(buck-boost)，这三种布局都不是相互隔离的，也就是说，输入级电压和输出电压是共地的，但是也存在这种隔离拓扑的变型 。

开关电源的设计中，降压(buck)、升压(boost)和降压-升压(buck-boost)是三种基础且常见的结构布局。这些布局在功能上各有特色，同时也存在一些共同的特性，电压转换比、电流状态、输出电压纹波以及占空比-输出电压传输函数的频率响应。

电源布局主要是指这些开关、输出电感和输出电容怎么连接的。每种布局都有它独自的特性，这些性能主要包括稳态电压转换比、输入输出电流的状态、输出电压的纹波特征，另一个主要特性就是占空比-输出电压的传输函数的频率响应。

Buck-boost是一种流行的非隔离、逆功率级的拓扑，有时也称为升降功率级。电源设计者选用buck-boost功率级是因为输出电压和输入电压是反向的，这种拓扑结构可以得到在幅度上，比输入电压更高的输出电压(像升压(boost)功率级)，或者更低的输出电压(像降压(buck)功率级)，这就是它名字的由来，但是输出电压在极性上跟输入电压是相反的。由于功率开关(01)的作用，buckboost的输入电流是非连续的或脉冲的，在每个开关周期内，脉冲电流从0变化到1，输出电流也是非连续或脉冲的，这是因为输出二极管只能在开关周期内的一部分时间内导通，输出电容提供开关周期内其它时间的所有负载电流。这篇报告描述了在给定的理想波形下，连续模式和非连续模式中buck-boost转换器的稳态工作过程。

在介绍了脉冲宽度调制(PWM)开关模型后，给出了占空比-输出电压的传输函数。图1显示了包括驱动电路模块在内的buck-boost功率级的简单原理图，功率开关01是以一个n通道的金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)，输出二极管是CR1。电感L和电容C组成了有效的输出滤波器。在分析过程中，考虑了电容ESR(等效串联电阻),R。和电感DC的阻抗，R。电阻R，代表了在功率输出端的负载。

BUCK-BOOST电路简图

当功率管Q1闭合时，电流的流向见图2左侧图。输入端， 电感L1直接接到电源两端，此时电感电流逐渐上升。导通瞬态时di/dt很大，故此过程中主要由输入电容CIN供电。输出端，COUT依靠自身的放电为RL提供能量。

当功率管Q1关断时，电流的流向见图2右侧图。输入端VIN给输入电容充电。输出端，由于电感的电流不能突变，电感通过续流管D1给输出电容COUT及负载RL供电。

系统稳定工作后，电感伏秒守恒。Q1导通时，电感电压等于输入端电压VIN；Q1关断时，电感电压等于输出端电压VOUT。设T为周期，TON为导通时间，TOFF为关断时间，D为占空比（D=TON/T），下同。

buck-boost 功率级原理图

降压-升压(Buck-Boost)布局

降压-升压布局是一种非隔离、逆功率级的拓扑结构，其输出电压与输入电压在极性上相反，且可以在幅度上高于或低于输入电压。这种布局结合了降压和升压布局的特点，因此得名。降压-升压布局的输出电压和输入电压之间的转换关系取决于功率开关的占空比和电路参数。

在降压-升压布局中，功率开关的作用使得输入电流和输出电流都是非连续或脉冲的。在每个开关周期内，输入电流从0变化到最大值，而输出电流则通过输出二极管在开关周期内的一部分时间内导通，其余时间由输出电容提供负载电流。

占空比-输出电压传输函数

占空比-输出电压传输函数是描述开关电源输出电压与功率开关占空比之间关系的函数。对于降压-升压布局来说，这个函数是分析电路稳态工作过程的关键。通过这个函数，可以计算出在给定的输入电压和负载条件下，所需的占空比以得到期望的输出电压。

理想波形下的稳态工作过程

在理想波形下，降压-升压转换器的稳态工作过程可以分为连续模式和非连续模式。在连续模式中，输出电流在每个开关周期内都是连续的，而在非连续模式中，输出电流在开关周期的一部分时间内为0。这两种模式下的稳态工作过程都可以通过占空比-输出电压传输函数来描述。

BUCK-BOOST电流流向：

Q1闭合Q2断开

Buck－Boost电路——降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电感传输。BUCK-BOOST型DC-DC，即可升压也可降压，公式：Vo=(-Vi)* D/（1-D）。

Buck-Boost 功率级稳态分析

功率级可以在连续电感器电流和非连续电感器电流模式下工作，连续电感器电流模式在稳态工作时，整个开关周期内都有电流连续通过电感器;非连续电感器电流模式是开关周期内的一部分时间电感电流为0，它在整个周期内从0开始，达到一个峰值后，再回到0

这两种模式稍后再详细探讨，在给出额定负载情况下如何选择电感值，来保证工作在选定模式的设计指导书也会提供。对于转换器来说，在预期工作条件下只保持希望的工作模式是很理想的，因为在两种不同工作模式下功率级的频率响应变化相差很大。

经过这些分析发现，采用n通道的功率型金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)，驱动电路打开场效应管(FET)时，Q1的栅极和漏极间加上正的电压Vsow，采用n通道场效应管的优势在于它的低导致电阻Rosn，但是驱动电路就更加复杂，因为需要浮动电极。而同样大小的p通道场效应管有较高的Roson)，通常也不需要浮动电极回路。晶体管Q1和二极管CR1画在点划线方框里面，终端接口标为a，p和c，这些会在BUCK-BOOST功率级模型部分详细讲到。

Buck-Boost 稳态连续导通模式分析

紧接着介绍Buck-Boost 的稳态连续导通模式分析，这部分主要目的就是给出一个Buck-Boost 稳态连续导通模式下电压转换关系的推导。这是很重要的，因为它揭示了输出电压怎样由占空比和输入电压决定，或者相反，怎样基于输入电压和输出电压来计算占空比。稳态说明输入电压、输出电压、输出负载电流和占空比都是固定不变的，大写字母表示出了稳态下的变量名。

在连续导通模式，buck-boost转换器保证每个开关周期有两个功率态，当Q1是开、CR1是关时，就是开态(ON);当Q1是关而CR1是开时，就是关态(OFF)。在每个状态中，当回路中的开关被等价回路所代替时，一个简单的线性回路可以用来表示这两种状态，两种状态的回路图表见图.

状态图：

总结：

buck-boost布局特别之处在于输出电压与输入电压极性相反，幅度可调。其稳态工作过程涉及连续和非连续模式，由占空比-输出电压传输函数描述。在buck-boost电路中，功率开关使输入、输出电流呈非连续或脉冲状，输出电容在开关周期内提供负载电流。稳态分析需考虑连续电感器电流和非连续电感器电流模式，选择适当电感值以保证选定模式。n通道MOSFET因其低导通电阻而常用，但驱动电路较复杂。稳态连续导通模式分析揭示了输出电压、占空比和输入电压间的关系，对设计至关重要。总之，buck-boost布局以其独特的电压转换能力和灵活性，在开关电源设计中占据重要地位。