1 、Buck-Boost電路原理

Buck-Boost電路是一種常用的DC/DC變換電路，其輸出電壓既可低于也可高于輸入電壓，輸出電壓極性即可以為正電壓也可以為負電壓。

1.1 反極性Buck-Boost電路

最簡單的Buck-Boost電路簡圖如下圖所示，電路分別由開關管S、二極管D、電感L、輸出電容C、負載R組成：

開關管導通時，S相當于短路，電感L直接接到電源兩端，由于電感電流不能突變（變大），電感會產生反向電動勢阻止電流變大，電感電壓極性為上正下負，此時，二極管D處于截止狀態，相當于斷路，如圖所示。此時電感在充電，電感兩端電壓VL=Vin，電流隨著時間不斷變大；負載由輸出電容供電，電容放電，其兩端電壓即輸出電壓隨著時間不斷減小。當開關管導通時，示意圖見下圖。

開關管關閉時，相當于斷路，電感L兩端電流變小，但電感電流不能突變，電感會產生反向電電動勢，電感電壓極性為上負下正，電感放電，此時二極管導通，電感為負載供電，給輸出電容充電，電感兩端電壓為VL=Vout。當開關管關閉時，電路示意圖見下圖。由圖可知，負載兩端電壓即輸出電壓極性與輸入電壓極性相反。

開關管導通時，電感電壓等于輸入端電壓VIN；開關管關斷時，電感電壓等于輸出端電壓VOUT。設TS為周期，TON為導通時間，TOFF為關斷時間，D為占空比（D=Ton/TS）。

根據伏秒平衡定律：

VLTon = VLToff

Vin Ton = VoutToff Vin Ton = Vout (TS-Ton)

Vout = D/（1-D）*Vin

D = Vout/(Vout+Vin)

由上述公式可知：占空比小于0.5時，輸出降壓；占空比大于0.5時，輸出升壓。

通常現在使用的芯片集成度已經比較高，進行電路設計時重點在于外圍電路選型比如電感、輸出電容等，開關管和二極管一般集成在芯片內部。

1.2 同極性Buck-Boost電路

如下圖所示，與1.1節描述的反極性電路相比，這是真正意義上的Buck電路加Boost電路。通過控制開關管S1、S2來實現電路工作在BUCK模式和BOOST模式從而實現升降壓。

2、同步Buck-Boost電路原理

由1.2節介紹可知，電路存在兩個二極管，對于高效率需求并不友好，因此現在通常選用同步Buck-Boost電路，將兩個二極管使用兩個開關管來代替，即四開關管Buck-Boost電路，如下圖所示。

四開關同步Buck-Boost電源內部控制電路控制開關管周期性導通或斷開，通過調節開關管狀態（如占空比等），控制輸出電壓的大小。其基本原理是通過嚴格控制開關電路的導通和截止時間，實現對輸出電壓的有效調節，從而達到降壓和升壓的目的。

2.1 Buck 模式

當輸入電壓遠大于輸出電壓時，電源IC工作在降壓模式。即S4處于常閉、S3處于常開，通過驅動S1和S2周期性地導通關閉，如下圖所示，此時電路為同步Buck電路結構，即和Buck電路工作方式相同。當S1 閉合、S2斷開時，電流流向示意圖如紅色虛線所示，當S1斷開、S2閉合時，電流流向示意圖如藍色虛線所示。

2.2 Boost 模式

當輸入電壓遠小于輸出電壓時，電源IC工作在升壓模式。即S1處于常閉、S2處于常開狀態，通過驅動S3和S4周期性地導通關閉，如下圖所示，此時電路為同步Boost電路結構，即和Boost電路工作方式相同。當S4 閉合、S3斷開時，電流流向示意圖如紅色虛線所示，當S4斷開、S3閉合時，電流流向示意圖如藍色虛線所示。

2.3 Buck- Boost 模式

當輸入電壓和輸出電壓相近時，電源IC工作在Buck- Boost模式。假設工作在Buck模式時，當Vin下降接近Vout，達到Buck模式最大占空比時，電路會自動將開關管工作狀態切換到Buck- Boost 模式。假設工作在Boost模式時，Vin增大接近Vout，達到Boost最小占空比時，電路會自動將開關管工作狀態切換到Buck- Boost 模式。在Buck- Boost 模式下，四個開關管會同時進行導通/關閉操作。此模式是一種過度和自適應模式，工作狀態切換主要是由占空比決定。

小結: Buck-Boost電路是通過調節開關的占空比和開關頻率，以調節輸出電壓來實現升降壓。Buck-Boost電路包含控制電路來監測輸出電壓以相應地調節開關狀態，以保證輸出電壓穩定。控制電路通常包括誤差放大器、信號發生器等。