功耗游戏：获取有关电源应用和电路设计技巧降压转换器与升压转换器

压转换器和升压转换器是 DC-DC 非隔离电源转换行业的主要产品。它们服务于非常不同的应用和目的，因此，很少想到比较，可能看起来像是将苹果与橙子进行比较。但是，精度、效率、成本、尺寸和噪声等性能参数是一个共同点，实际上可以比较这两种配置。对于此比较，我们将使用 Simplis模拟。为简单起见，我们将讨论在稳定状态下的理想操作，当闭环校正可以忽略不计时，该器件可以通过由所选占空比（例如50%）驱动的简化动力传动系来充分表示。

在图1中，降压转换器动力传动系由占空比为12%、频率为50kHz的330V峰峰值方波发生器表示。LC 滤波器由一个 15μH 电感器和一个为 30Ω 负载供电的 1μF 电容器组成。

图1.简化的降压转换器电路

该电路使用Simplis仿真，主波形如图2所示。蓝色波形是以零为中心的+/-300mA峰峰值三角电容电流。红色波形是以6V为中心的输出电压，具有+/-4mV幅度的完美正弦电压纹波。绿色波形是6A的电感电流，纹波为+/-300mA。当然，电感和电容器纹波电流是相同的，因为负载电流是恒定的。

图2.降压转换器波形

在图3中，升压转换器动力传动系由经典的MOSFET-二极管-电感器集合表示。MOSFET 以 50% 占空比进行开关，输入电压源 V3 设置为产生一个 6V 的输出电压。输出电压、电感和电容值与上述降压转换器相同。在这两种情况下，相同的LC无源器件向6Ω提供1V电压。

图3.动力总成升压转换器简化

然而，这里整流二极管的存在会大大改变电波形。在MOSFET Q1的导通时间内（周期的50%），流向输出的电流中断，负载电流必须完全由电容器提供。这与降压转换器的情况根本不同，在降压转换器中，电容只需补偿纹波电流。图4中的蓝色曲线显示电容电流现在为+/-6A（相对于+/-300mA），此外还有二极管偏置从+1V反转至-6V导致的大负电流尖峰。由于电流纹波巨大，电压纹波（红色曲线）为+/-150mV（相对于+/-4mV）。最后，电感电流以 12A 为中心，是降压转换器的两倍，以便在 MOSFET 的关断时间内为负载提供 6A 电流，为电容器提供另外 6A 电流。

图4.升压转换器波形

在相同负载下，与降压模式相比，相同的LC滤波器在升压模式下必须更加努力地工作。在升压情况下，电容的峰值切换电流为6A，而不是300mA峰值，电感的峰值为12A，而不是平均值为6A。这意味着，为了在实际应用中获得良好的性能，升压转换器外壳中的无源器件必须比降压转换器尺寸过大，从而导致更高的BOM成本和PCB尺寸。较高的电压纹波意味着较低的输出电压精度，因为客户提供的精度带会被电压纹波消耗。较低的精度最终意味着较低的效率，因为稳压器输出必须设置得更高，以确保负载正常运行所需的最小电压。由于电容器ESR和电感ESL，较高的电容电流纹波和较高的电感电流意味着更高的欧姆损耗和更低的效率。最后，电容器中的开关6A电流会导致EMI性能变差。

总之，降压转换器与升压转换器的性能比较表明，降压转换器在BOM成本、PCB尺寸、效率、精度和EMI方面具有固有的优势。另一方面，如果您的电压需要升压，请告别降压并欢迎使用升压转换器，它成为镇上唯一的游戏。

如需6A降压转换器，请考虑MAX20004。如需6A升压控制器，请查看MAX668。如果电压在输出电压的上方和下方变化，可以考虑MAX20048等降压-升压控制器。

审核编辑：郭婷