如何选择BUCK-BOOST的元器件？

　　BUCK-BOOST电路原理
　　BUCK-BOOST电路简图
　　
　　图1.BUCK-BOOST电路简图
　　当功率管Q1闭合时，电流的流向见图2左侧图。输入端， 电感L1直接接到电源两端，此时电感电流逐渐上升。导通瞬态时di/dt很大，故此过程中主要由输入电容CIN供电。输出端，COUT依靠自身的放电为RL提供能量。
　　当功率管Q1关断时，电流的流向见图2右侧图。输入端VIN给输入电容充电。输出端，由于电感的电流不能突变，电感通过续流管D1给输出电容COUT及负载RL供电。
　　系统稳定工作后，电感伏秒守恒。Q1导通时，电感电压等于输入端电压VIN；Q1关断时，电感电压等于输出端电压VOUT。设T为周期，TON为导通时间，TOFF为关断时间，D为占空比（D=TON/T），下同。
　　■由电感伏秒守恒有：
　　VIN*TON=VOUT*TOFF
　　VIN*D*T=VOUT*（1-D）*T
　　■由此可得：
　　VOUT=D/（1-D）*VIN
　　D=VOUT/（VOUT+VIN ）
　　占空比小于0.5时，输出降压；占空比大于0.5时，输出升压。以上式子只考虑电压的绝对值，未考虑输出电压的方向。
　　图2.BUCK-BOOST电流流向
　　
　　Q1闭合
　　Q2断开
　　

　　BUCK-BOOST元器件计算及各点波形 （电感电流连续模式）
　　以下均在电感电流连续模式下讨论，即CCM。
　　首先我们先看一下各点理想情况下的波形：
　　图3.关键元器件电压、电流波形
　　
　　电感L1
　　通常ΔI可以取0.3倍的IIN+IOUT，在导通时，电感的电压等于输入电压，电感感量可由下式计算：
　　L=（D*VIN）/（0.3*FSW*（IIN+IOUT ） ）
　　若按上述感量选择电感，则流过电感的峰值电流：
　　ILPEAK=IIN+IOUT+∆I/2=1.15*（IIN+IOUT）
　　实际应用应留有一定的余量，电感的电流能力通常取1.5*（IIN+IOUT）以上。
　　续流二极管D1
　　当Q1导通时，续流二极管的阴极SW点电压为VIN，续流二极管的阳极电压为-VOUT，故D1承受的电压为：
　　VD=|VIN|+|VOUT|
　　当Q1关断时，续流二极管续流，电流的峰值为ILPEAK，平均电流为IOUT。
　　由于二极管在高温下漏电容易造成芯片的损坏，故通常要留有一定的余量，其中电压建议1.5倍的余量。
　　功率管Q1
　　当Q1关断时，SW点电压被钳位到-VOUT，故功率MOS承受的最大电压：
　　VMOS=|VIN|+|VOUT|
　　当Q1导通时，Q1的电流峰值为ILPEAK，平均电流为IIN。
　　输入电容
　　输入电容纹波电流有效值可用下式计算：
　　
　　如果设CIN电容在MOS导通时，电压跌落不超过ΔV1，则可用下式计算最小容量：
　　
　　输出电容
　　输出电容纹波电流有效值可用下式计算：
　　
　　如果设COUT电容在MOS导通时，电压跌落不超过ΔV2，则可用下式计算最小容量：
　　

　　设计实例
　　要求
　　输入电压10～14V，输出电压-5V，输出电流1A，选取合适的芯片，并计算主要元器件参数。
　　解决步骤
　　计算输入电流：输出功率约5W，输入最大电流，假设80%的效率，则输入电流为5W/0.8/10V=0.625A；
　　计算输入峰值电流：
　　1.15*（1A+0.625A）=1.87A
　　计算功率管、续流肖特基管峰值电压：|-5V|+|14V|=29V；
　　选择合适的芯片，可选耐压为40V左右，电流能力大于2A以上的BUCK降压芯片，此处选择XL4201；
　　计算10V时的占空比：
　　D=5V/（5V+10V）=0.33
　　计算电感量：
　　L=0.33*10V/（0.3*150KHz*（1A+0.625A））=45uH
　　计算最小电流能力：
　　IL=1.5*（1A+0.625A）=2.44A
　　选用47uh/3电感；
　　肖特基二极管耐压要大于29V，平均电流1A，峰值电流约1.87A，可选SS36；
　　输入电容纹波电流有效值：
　　ICINRMS=0.625A*sqrt（（1-0.33）/0.33）=0.89A
　　“sqrt”代表根号；
　　假设输入电压最大跌落0.05V，则
　　CIN=（1-0.33）*0.625A/（0.05V*150KHz）=56uF
　　选用47uF电解电容；
　　输出电容纹波电流有效值：
　　ICOUTRMS=1A*sqrt（0.33/（1-0.33））=0.70A
　　假设输出放电电压最大跌落0.05V，则
　　COUT=0.33*1A/（0.05V*150KHz）=44uF
　　选用100uF电解电容。
　　实际电路可参考下图：
　　
　　图4.XL4201 BUCK-BOOST参考电路图
　　五、注意事项
　　1
　　芯片与肖特基二极管D1的耐压均要大于输入电压与输出电压绝对值之和；
　　2
　　CINB与C1为芯片提供纯净电源，CINB可以选用10uF以上电容即可；
　　3
　　芯片的GND引脚与输入、输出功率地不是同一属性，注意区分；
　　4
　　BUCK-BOOST电路的效率要低于单纯的BUCK或BOOST电路，实际使用时要注意多留余量。