工程師筆記

工程師們在做電源設計時經(jīng)常會有升壓的需求，而常用的Boost、Buck-Boost、Sepic拓撲均可實現(xiàn)升壓。這些拓撲有什么區(qū)別，該選哪個呢？

先來簡單了解一下

這三種拓撲的基本原理

PART 01

Boost

在一個周期內，當MOS管Q1導通時，二極管D1截止，輸入給電感L1儲能，輸出需要的能量靠輸出電容維持；當MOS管Q1關斷時，二極管D1導通，輸入源和電感L1共同給輸出提供能量。

通過理論推導可以得到，Boost的輸入輸出電壓公式為：

D為占空比，也就是MOS管Q1的導通時間占開關周期的比例，下同。

電感電流平均值為：

Io為輸出電流，下同。

需要的MOS和二極管耐壓等級至少為Vo

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PART02

Buck-Boost

注：此拓撲輸出的是負壓，4開關的buck-boost可實現(xiàn)正壓的升降壓輸出

在一個周期內，當MOS管Q1導通時，二極管D1截止，輸入給電感L1儲能，輸出需要的能量靠輸出電容維持；當MOS管Q1關斷時，二極管D1導通，電感L1給輸出提供能量。 Buck-Boost的輸入輸出電壓公式為：

Buck-Boost的電感電流平均值為：

需要的MOS和二極管耐壓等級至少為Vin+|Vo|

PART03

Sepic

一些工程師朋友可能對Sepic不太了解，MPS之前出了一篇文章專門講解Sepic：

賽皮克（Sepic）是啥？ 基因突變的Boost實現(xiàn)升降壓

Sepic是一種能夠實現(xiàn)升降壓的非隔離DC/DC拓撲，基本拓撲如下：

相比Boost和Buck-Boost，Sepic多了一個儲能電感L2和一個隔直電容C1。

Sepic的輸入輸出電壓公式與Buck-Boost相同，為：

靠近輸入端的電感L1電流平均值為：

靠近輸出端的電感L2電流平均值為：

需要的MOS和二極管耐壓等級至少為Vin+Vo，隔直電容C1的耐壓等級至少為Vin

總結

總結一下三種拓撲的電壓電流特性。注意對于同樣的輸入輸出電壓，Boost拓撲的占空比D要小于Buck-Boost和Sepic

取Vo=2Vin的情況做比較，可以得到三種拓撲電流的波形如下：

同種條件下Boost拓撲上電感電流的平均值會低于Buck-Boost和Sepic，MOS管和二極管上的平均電流也會更低。而Buck-Boost的電感電流平均值為Sepic拓撲的兩個電感平均電流之和。

有如下結論：

單純的升壓應用，選擇Boost拓撲需要的器件耐壓更低，同器件下發(fā)熱量更小，可以盡量選用Boost拓撲來做。特別注意，Boost拓撲在不做特殊處理的情況下，無法實現(xiàn)輸出過流保護和短路保護。而Buck-Boost和Sepic可以實現(xiàn)。

需要升降壓的場合則需要選用Buck-Boost或Sepic。

兩開關的Buck-Boost只能出負壓，可以用在輸出負載和系統(tǒng)不共地的場合。四開關的Buck-Boost需要4個MOS或者兩個MOS兩個二極管，相對來說成本更高一些。

Sepic需要兩個功率電感還需要多加一個隔直電容，會占用更大的板面積。方便之處是可以用現(xiàn)成的Boost芯片改為Sepic拓撲。