拓扑为什么叫拓扑「双向buck boost」

今天带来拓扑为什么叫拓扑「双向buck boost」，关于拓扑为什么叫拓扑「双向buck boost」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

在非隔离电源方案中，基础拓扑的Buck、Boost、Buck-Boost电路应用非常广，很多工程师对这三种电路非常熟。

关于基本拓扑：开关电源的基本拓扑为什么就这仨？

这里的Buck-Boost是指三个基本功率器件（电感、开关管、二极管）组成的如下图电源电路。

这个升降压电路虽然既可以升压又可以降压，但是他输出电压是反极性的，所以有的地方又称为反极性Boost变换器、反相控制器和转换器。

正是由于既可以升压又可以降压，所以这种拓扑称为Buck-Boost。

前文我们说到：

其他更复杂的拓扑例如“Buck Boost拓扑”、“SEPIC”等都是可以从基本拓扑进行组合或者演进得来的。人们尝试使用这些相同的元器件进行了许多其他的组合。大多数已通过实践证明实用性不强。

“Buck Boost拓扑”这个说法并不通用，但是这个拓扑就是由一个Buck加上一个Boost组成，是名副其实的Buck-Boost拓扑。但是由于与图一的基本拓扑的Buck-Boost重名，所以，一般大家称呼为：四管同步Buck-Boost、四桥臂Buck-Boost、四开关Buck-Boost等。

四管同步 BuckBoost 拓扑本质就是：该电路将Buck电路的输入端和Boost电路的输出端进行组合，并在中间用一个共用电感结合起来。

如果把两个二极管换成MOSFET进行同步控制，则如下图所示。

对于这种控制方式，在CCM情况下我们可以得到公式：

原来这种拓扑使用场景并不多，但是随着锂电池的使用各种场景出现，他被广泛应用，所以芯片厂家不断推出新产品，并且越来越多的人来研究他。并且随着芯片集成度越来越高，集成四个MOSFET 两个控制器已经不是什么困难的事情，也没有原来那么复杂。所以这种拓扑结构越来越流行，在汽车电子、充电器、锂电池等场景使用。

为了避免两个都被称为“Buck-Boost”的混淆，以后称这种拓扑为：“四管同步 BuckBoost ”。

四管同步 BuckBoost 升降压变换器为单电感结构，不需要耦合电容，尽管系统需要四个开关管，控制相比较复杂，但由于采用同步的变换器，系统的效率比 SEPIC 高，而且体积比 SEPIC 小，非常适用于汽车及通讯这类系统的效率和体积要求严格的应用。

常规的Buck-Boost电路，Vo=-Vin*D/(1-D)，输出电压的极性和输入电压相反。简要的四开关Buck-Boost电路，Vo=Vin*D/(1-D)，输出电压的极性与输入电压相同。

四管同步buck-boost的拓扑很简单，如下图。

对于四开关buck-boost，它本身有一种非常传统简单的控制方式。

那就是Q1和Q3同时工作，Q2和Q4同时工作。并且两组MOS交替导通，如上图。如果把Q2和Q4换成二极管，那么也是同样能工作，只不过没有同步整流而已（虽然这里只有两个开关管，我们统一叫法：四开关buck-boost）。

对于这种控制方式，在CCM情况下我们可以得到公式：

Vin*D=Vout（1-D）也就是说，Vout=Vin*D/(1-D)。

Q1和Q3打开时，电流对电感进行充电，电感储能。

Q2和Q4打开的时候，电感放电。

电感充放电的时间，也就决定能传输过去多少能量，也就由占空比决定了输出的电压值。

基础拓扑的buck-boost的输出电压是负压，而四开关buck-boost输出的是正压。

但是这种控制方式的优点是简单，没有模态切换。但是缺点是，四个管子都在一直工作，损耗大（开关损耗 导通损耗都翻倍了），共模噪音也大。

降压 Buck 变换器的电感位于输出回路，所以输出回路的电流是连续的，输入回路的电流是不连续的，输入回路的干扰大，这些环路产生很大的磁场发射，因此输入回路要尽可能的小。输入回路的地为功率地，要与系统的信号地分开单独布线，输出地可以作为干净的信号地。

基于传统控制方式的缺点。多年前，一家知名的IC公司推出了一款控制IC，革新了这个拓扑的控制方式。

其思路就是当Vin＞Vout的时候，把这个拓扑当纯粹的BUCK来用。

当Vin＜Vout的时候，把这个拓扑当作纯粹的Boost来用。

那么这里有个过渡状态，当VIn=Vout的时候，采用怎么样的控制方式？

从buck过渡到中间模态，再过渡到boost的时候，如何做到无缝切换？

凌特公司的IC的控制逻辑：

M3和M4两个管子不再是常关和常通的状态，而是开始开关了。就是在一个clock周期里面，前半周期是buck，后半周期是boost

德州仪器的IC，是一个周期是buck，下一个周期是boost，如此轮回。

凌特的IC却是在一个周期内，前半周期是buck，后半周期是boost。

总之通过相互抵消，实现Vout=Vin。

参考文献：

TI官网

ADI官网

《基于四管同步升降压变换器汽车适配器设计》百度文库

《深度解读四开关Buck-Boost电路及变换器》CSDN博客_八皇后OS

目前正在准备硬十的第三本书，所以电源相关内容发布多一些，最近的投入和思考在电源维度也多一些，欢迎大家一起讨论交流。

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