BUCK-BOOST 这个拓扑的名字很直白:既能降压也能升压。电池供电的设备最需要它,比如单节锂电3.0V到4.2V,要输出稳定的3.3V,电压高了要降、低了要升,一颗芯片全包了。
常见的实现有两种。一种是四开关Buck-Boost,也叫H桥式,输入和输出同极性,效率高,芯片成本也高,TPS63020、LTC3115这类都是。另一种是单管反相Buck-Boost,一个开关管、一个电感、一个二极管,输出是负压,电路简单便宜,但输入输出不共地,很多场合不好用。
拿单管反相拓扑说原理:开关管导通时,电感接在输入和地之间,电流线性上升,电感储能;开关管关断时,电感电流不能突变,通过二极管续流,把能量送到输出电容和负载上。因为电感是接地的,输出端得到的是负电压,幅值由占空比决定,占空比越大输出负压的绝对值越大。
选型先看几个硬指标:输入电压范围、输出电压、最大输出电流、开关频率、静态电流。输入输出电流的关系要算清楚,升压时输入电流比输出电流大,别按输出电流选电感。电感值按纹波电流取,一般让纹波在额定电流的20%到40%之间,太小纹波大,太大响应慢。电感的饱和电流必须大于峰值电流,这条不能省。
布局比电路图更重要。输入电容紧贴芯片VIN和GND,电感的走线短而粗,反馈分压电阻靠近FB脚,SW节点面积越小越好,它是主要的辐射源。功率地和信号地单点连接,别让开关电流从反馈线上流过。芯片底部的散热焊盘一定要老实焊上,铺铜打孔散热。
调试时最容易遇到的是轻载不稳和纹波超标。轻载不稳多半是芯片进了省电模式,看数据手册里的模式脚怎么设;纹波大先检查输出电容的ESR和容量,再看电感是不是选小了;如果一加载就掉压,量一下SW波形有没有提前关断,可能是限流保护触发。还有启动冲击,输出电容大的时候浪涌电流会把输入电源拉塌,必要时加软启动。
测试别只看一个工作点。用电子负载从空载扫到满载,记录每个点的输入电流和输出电压,算效率曲线;示波器看SW节点和输出纹波,探头要用弹簧地针,别用长地线夹;再用热成像或者热电偶看芯片和电感的温度,温升超过60度就得重新考虑损耗。
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