壓轉(zhuǎn)換器和升壓轉(zhuǎn)換器是 DC-DC 非隔離電源轉(zhuǎn)換行業(yè)的主要產(chǎn)品。它們服務(wù)于非常不同的應(yīng)用和目的，因此，很少想到比較，可能看起來像是將蘋果與橙子進(jìn)行比較。但是，精度、效率、成本、尺寸和噪聲等性能參數(shù)是一個共同點(diǎn)，實(shí)際上可以比較這兩種配置。對于此比較，我們將使用 Simplis模擬。為簡單起見，我們將討論在穩(wěn)定狀態(tài)下的理想操作，當(dāng)閉環(huán)校正可以忽略不計(jì)時，該器件可以通過由所選占空比（例如50%）驅(qū)動的簡化動力傳動系來充分表示。

在圖1中，降壓轉(zhuǎn)換器動力傳動系由占空比為12%、頻率為50kHz的330V峰峰值方波發(fā)生器表示。LC 濾波器由一個 15μH 電感器和一個為 30Ω 負(fù)載供電的 1μF 電容器組成。

圖1.簡化的降壓轉(zhuǎn)換器電路

該電路使用Simplis仿真，主波形如圖2所示。藍(lán)色波形是以零為中心的+/-300mA峰峰值三角電容電流。紅色波形是以6V為中心的輸出電壓，具有+/-4mV幅度的完美正弦電壓紋波。綠色波形是6A的電感電流，紋波為+/-300mA。當(dāng)然，電感和電容器紋波電流是相同的，因?yàn)樨?fù)載電流是恒定的。

圖2.降壓轉(zhuǎn)換器波形

在圖3中，升壓轉(zhuǎn)換器動力傳動系由經(jīng)典的MOSFET-二極管-電感器集合表示。MOSFET 以 50% 占空比進(jìn)行開關(guān)，輸入電壓源 V3 設(shè)置為產(chǎn)生一個 6V 的輸出電壓。輸出電壓、電感和電容值與上述降壓轉(zhuǎn)換器相同。在這兩種情況下，相同的LC無源器件向6Ω提供1V電壓。

圖3.動力總成升壓轉(zhuǎn)換器簡化

然而，這里整流二極管的存在會大大改變電波形。在MOSFET Q1的導(dǎo)通時間內(nèi)（周期的50%），流向輸出的電流中斷，負(fù)載電流必須完全由電容器提供。這與降壓轉(zhuǎn)換器的情況根本不同，在降壓轉(zhuǎn)換器中，電容只需補(bǔ)償紋波電流。圖4中的藍(lán)色曲線顯示電容電流現(xiàn)在為+/-6A（相對于+/-300mA），此外還有二極管偏置從+1V反轉(zhuǎn)至-6V導(dǎo)致的大負(fù)電流尖峰。由于電流紋波巨大，電壓紋波（紅色曲線）為+/-150mV（相對于+/-4mV）。最后，電感電流以 12A 為中心，是降壓轉(zhuǎn)換器的兩倍，以便在 MOSFET 的關(guān)斷時間內(nèi)為負(fù)載提供 6A 電流，為電容器提供另外 6A 電流。

圖4.升壓轉(zhuǎn)換器波形

在相同負(fù)載下，與降壓模式相比，相同的LC濾波器在升壓模式下必須更加努力地工作。在升壓情況下，電容的峰值切換電流為6A，而不是300mA峰值，電感的峰值為12A，而不是平均值為6A。這意味著，為了在實(shí)際應(yīng)用中獲得良好的性能，升壓轉(zhuǎn)換器外殼中的無源器件必須比降壓轉(zhuǎn)換器尺寸過大，從而導(dǎo)致更高的BOM成本和PCB尺寸。較高的電壓紋波意味著較低的輸出電壓精度，因?yàn)榭蛻籼峁┑木葞浑妷杭y波消耗。較低的精度最終意味著較低的效率，因?yàn)榉€(wěn)壓器輸出必須設(shè)置得更高，以確保負(fù)載正常運(yùn)行所需的最小電壓。由于電容器ESR和電感ESL，較高的電容電流紋波和較高的電感電流意味著更高的歐姆損耗和更低的效率。最后，電容器中的開關(guān)6A電流會導(dǎo)致EMI性能變差。

總之，降壓轉(zhuǎn)換器與升壓轉(zhuǎn)換器的性能比較表明，降壓轉(zhuǎn)換器在BOM成本、PCB尺寸、效率、精度和EMI方面具有固有的優(yōu)勢。另一方面，如果您的電壓需要升壓，請告別降壓并歡迎使用升壓轉(zhuǎn)換器，它成為鎮(zhèn)上唯一的游戲。

如需6A降壓轉(zhuǎn)換器，請考慮MAX20004。如需6A升壓控制器，請查看MAX668。如果電壓在輸出電壓的上方和下方變化，可以考慮MAX20048等降壓-升壓控制器。

審核編輯：郭婷