由于存在非理想或多個(gè)輸入電源、瞬態(tài)干擾以及存儲(chǔ)組件充放電，DC/DC 轉(zhuǎn)換器的輸入電壓會(huì)在很寬的范圍內(nèi)變化。降壓-升壓型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器是電源設(shè)計(jì)師用來(lái)應(yīng)對(duì)這類(lèi)變化的工具中最有用的工具之一。單個(gè)電感器、同相降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器無(wú)縫地降低或升高輸入電壓并調(diào)節(jié)輸出電壓，這無(wú)論輸入是高于、等于或低于輸出。降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器能夠靈活應(yīng)對(duì)這 3 種情況，因此可以代替兩個(gè) IC (一個(gè)單獨(dú)的降壓型轉(zhuǎn)換器或一個(gè)低壓差線性穩(wěn)壓器加上一個(gè)升壓型轉(zhuǎn)換器)，從而大幅度延長(zhǎng)便攜式系統(tǒng)的電池壽命。用料清單 (BOM) 也簡(jiǎn)化了，因此節(jié)省了在印刷電路板 (PCB) 上占用的空間 / 面積。在有多個(gè)潛在電源的情況下，視電源不同而不同，降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器可以在完全降壓或升壓模式下運(yùn)行。反過(guò)來(lái)，在電源備份應(yīng)用中，存儲(chǔ)組件放電的放電電壓曲線橫跨所需要的固定輸出，這時(shí)降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器將用到兩種運(yùn)行模式。

面對(duì)不同市場(chǎng)的電源方案

除消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品以外，視應(yīng)用不同的情況，輸入和輸出電壓范圍變化都很大。例如，標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)電源總線電壓為 24V 或 12V。大多數(shù)系統(tǒng)都需要多個(gè)良好穩(wěn)定的電源軌來(lái)供電，較低電壓的電源軌一般由降壓型穩(wěn)壓器或 LDO 供電。不過(guò)，為了給傳感器和各種不同的模擬組件 (運(yùn)算放大器、電動(dòng)機(jī)或收發(fā)器) 供電，還存在對(duì)穩(wěn)定的 12V 和 24V 電源軌的需求。取決于電源總線狀態(tài)或系統(tǒng)配置，很多這些系統(tǒng)既需要降壓轉(zhuǎn)換又需要升壓轉(zhuǎn)換。降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器能夠靈活地用各種輸入電源運(yùn)行，從而最大限度減少了設(shè)計(jì)中所需的電源轉(zhuǎn)換器數(shù)量和用料清單中的數(shù)目。

汽車(chē)電池電壓范圍很寬且要求嚴(yán)格

在汽車(chē)應(yīng)用中，12V 汽車(chē)電池是所有電子系統(tǒng)的主電源。標(biāo)稱(chēng) 12V 在冷車(chē)發(fā)動(dòng)時(shí)可能降至 3V，在拋載時(shí)可能上升至近 40V (受到瞬態(tài)電壓抑制器的限制)。這種環(huán)境對(duì)電子產(chǎn)品造成了嚴(yán)酷考驗(yàn)，要求電子產(chǎn)品在各種條件下能堅(jiān)固和可靠地運(yùn)行。因此，很多內(nèi)部系統(tǒng)都會(huì)遇到約為 24V 雙倍的電池電壓 (例如拖車(chē)快速啟動(dòng)時(shí))。這些極端電壓情況以及引擎罩內(nèi)可能出現(xiàn)的極端高溫都要求使用堅(jiān)固可靠的電子系統(tǒng)。出于這些原因，用降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生系統(tǒng)電壓，包括汽車(chē)電氣系統(tǒng)中常見(jiàn)的 5V 至 12V 電源軌，是應(yīng)該采取的審慎做法。

航空電子、軍用和航天環(huán)境采用標(biāo)準(zhǔn)電源軌，但是也可能靠各種不同的電池配置和太陽(yáng)能電池板運(yùn)行，因此要求電源能夠應(yīng)對(duì)非常寬的輸入電壓范圍。有些應(yīng)用要求接受很多不同的輸入源，以便任何能源都可以自動(dòng)給系統(tǒng)供電。例如，很多軍事應(yīng)用必須接受由不同類(lèi)型的電池、適配器甚至太陽(yáng)能電池板供電。

工業(yè)和軍用 / 航天系統(tǒng)要求向必要的下游電子系統(tǒng)可靠供電，甚至在類(lèi)似于汽車(chē)環(huán)境的嚴(yán)苛輸入電壓情況下。此外，這類(lèi)系統(tǒng)一般還要求很寬的工作溫度范圍。

電源轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

過(guò)去，既需要以降壓模式又需要以升壓模式運(yùn)行的設(shè)計(jì)一直是通過(guò)使用多個(gè)電源轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)的，這類(lèi)設(shè)計(jì)的典型問(wèn)題有 PCB 面積、尺寸、成本和復(fù)雜性較高、可靠性較低、靜態(tài)電流 (IQ) 較大以及轉(zhuǎn)換效率較低。可替代拓?fù)?，例?SEPIC (單端主電感轉(zhuǎn)換器)，盡管比多個(gè)電源轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但是效率比同步降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器約低 10%，而且需要兩個(gè)電感器和一個(gè)大電流耦合電容器，這提高了復(fù)雜性和潛在噪聲，并縮短了電池壽命。

降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器以升壓模式運(yùn)行時(shí)，面臨著一些獨(dú)特的挑戰(zhàn)，尤其是當(dāng)升壓型轉(zhuǎn)換器斷開(kāi)時(shí)，或者在剛加上電源時(shí)。常規(guī)升壓型轉(zhuǎn)換器在 VIN 至 VOUT 之間，通過(guò)電感器和升壓型二極管提供一條直接的電流通路。當(dāng)電源加到 VIN 上時(shí)，升壓型轉(zhuǎn)換器這個(gè)特點(diǎn)可能引起很大和有可能造成損壞的浪涌電流，而當(dāng)電源轉(zhuǎn)換器關(guān)斷時(shí)，VOUT 比 VIN 低一個(gè)二極管壓降，因此 VOUT 僅得到部分供電。幸運(yùn)的是，凌力爾特公司的很多降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器具輸出斷接功能，這是其 4 開(kāi)關(guān)架構(gòu)所固有的特點(diǎn)。因此，當(dāng)電源一加到 VIN 上時(shí)，降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器的輸入電流就受到控制，從零逐漸斜坡上升至電流限制值，同時(shí) VOUT 加電上升。當(dāng)降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器斷開(kāi)時(shí)，VOUT 和 VIN 會(huì)徹底斷開(kāi)，以便 VOUT 能夠安全地放電直至零伏。