強大的4開關升降壓BOB電源，可升可降、能大能小

原文來自公眾號：工程師看海

基于電感器的開關架構電源有3中常見的拓撲結構，分別是BUCK降壓電源、BOOST升壓電源以及BUCK-BOOST負壓電源，今天介紹的第4中拓撲——4開關BOB電源，在手機、汽車、嵌入式等領域都有廣泛應用，它的基本工作原理是怎樣的呢？有什么優勢呢？

一.4開關拓撲

4開關BOB電源全稱是BUCK or BOOST升降壓電源，顧名思義，既可以降壓，又可以升壓，兼容BUCK和BOOST電源的功能。

下圖是4開關BOB電源的拓撲示意圖，4個開關帶一個電感，通過控制開關的導通、斷開的不同狀態來衍生出不同的電源架構。

二. 降壓模式

當S4處于常閉、S3處于常開狀態時，反復開關的管子是S1和S2，這就構成了BUCK降壓結構。下圖就是BUCK的結構，有S1、S2兩個工作管子，這種BUCK被稱為同步BUCK，效率會高一些。有兩種工作周期，1：S1閉合、S2斷開，對電感L1充電，見下圖綠色曲線；2：S1斷開、S2閉合，電感對負載放電，見下圖藍色曲線。

將上圖中的S2代替為二極管也可以起到降壓作用，然而效率會降低一些，二極管會消耗一部分功率，這種結構被稱為非同步BUCK，只有S1一個管子動作。當S1閉合時，對電感L1充電，見下圖綠色曲線；當S1斷開時，電感L1通過負載——>二極管D2進行放電，見下圖藍色曲線。

對于非同步BUCK，如果在上圖中SW點開關節點位置測量電壓，會發現一個奇怪的負電壓，如下圖紅色圈圈中那樣，這是因為二極管需要有一個導通低電壓，一般是0.7V，就剛好出現這個小小的負電壓。

在歷史文章中有更詳細的介紹：

《為什么BUCK降壓電路會出現奇怪的負電壓？》：

https://www.dianyuan.com/eestar/article-3210.html

BUCK的仿真文件獲取方法，在公眾號后臺回復：BUCK仿真文件

BUCK的電路詳細原理以及電感選型的詳細內容參考以前的文章：

《DCDC BUCK電路原理詳細分析》：

https://www.dianyuan.com/eestar/article-1574.html

《怎么選擇BUCK降壓電源的電感？》：

https://www.dianyuan.com/eestar/article-1299.html

三. 升壓模式

當S1處于常閉、S2處于常開狀態時，反復開關的管子是S3和S4，這就構成了boost升壓結構。下圖就是BOOST的結構，有S3、S4兩個工作管子，有兩種工作周期，1：S3閉合、S4斷開，對電感L1充電，見下圖藍色曲線；2：S3斷開、S4閉合，電感對負載放電，見下圖綠色曲線。

同樣地，也可以把S4代替為二極管，依然實現升壓結構。

總而言之，4開關架構電源，通過對開關進行配置，可以自由工作在降壓或者是升壓的模式。

BOOST的仿真文件獲取方法，在公眾號后臺回復：BOOST仿真文件

BUCK的電路原理以及電感選型的詳細內容參考以前的文章：

《BOOST升壓電路原理詳解》

https://www.dianyuan.com/eestar/article-1698.html

《怎么選擇boost升壓電路的電感？只要三個公式》

https://www.dianyuan.com/eestar/article-2890.html

四. 為什么需要BOB？

我們為什么需要BOB電源，這種電源有什么優勢？

有一些對于電源噪聲要求比較高的場合，我們傾向于使用低噪聲的LDO，LDO的輸入一般通過開關電源提供，最典型的架構是BUCK+LDO或者是BOOST+LDO。為了達到對電源的高效利用，電源系統中往往一個開關電源后面會接多路LDO，見下面示意圖，比如開關電源的輸入是3.0V，需要搭配多種LDO電源。

有同學會說，為什么不直接用一個BOOST聲壓電源來覆蓋這么多種電源需求呢？

如果使用BOOST這種一刀切滿足所有LDO要求的方法，假如高電壓的負載沒有工作時，見下圖紅色部分，依然使用BOOST的話，綠色LDO會額外增加功耗，因為LDO功耗與輸入和輸出的壓差成正比。對于下圖中，BOOST輸出是3.5V可以滿足所有LDO的需求，但是在3.3/2.9/2.8等LDO關閉時，BOOST繼續輸出3.5V的話，就會給LDO帶來額外功耗，LDO1.0的功耗是(3.5-1.0)*Io（Io是LDO的負載電流），無論怎么降低BOOST的輸出電源，它也不會低于3.0V。

不要小看這些功耗，對于移動嵌入式等產品而言，續航就是生命！

所以，升降壓電源就給我們帶來了更好的選擇，假如高電壓LDO沒有工作時，升降壓電源可以通過BUCK模式降低自己的輸出到1.2V，這樣的話LDO的功耗就會大大降低，

（(1.2-1.0)*Io）/（(3.5-1.0)*Io）=8%，這種架構的功耗只有原來功耗的8%，收益很明顯，當然實際的功耗收益和負載的工作狀態息息相關。

以上就是4開關電源的工作原理，你學廢了嗎？

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