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高效非反向 Buck-Boost 转换器：拓扑对比与设计优化
1. 反向与非反向拓扑的本质区别
传统的 反向 Buck-Boost 结构简单，但其输出地（Output Ground）相对于输入地是负极性。这在大多数共地系统中（如汽车 12V 系统）是无法接受的。
非反向 Buck-Boost 存在的意义在于：在实现 或 的同时，保持输入输出同极性。
2. 常见非反向拓扑深度剖析
2.1 SEPIC (Single-Ended Primary-Inductor Converter)
- 结构：由两个电感（或一个耦合电感）、一个 MOSFET、一个二极管和一个耦合电容（）组成。
- 电压比：。
- 优点：输入电流连续，EMI 性能好；关断时完全隔离输入输出。
- 缺点：耦合电容需承载巨大的纹波电流，是可靠性的薄弱环节。
2.2 Zeta 转换器
- 结构：类似于翻转后的 SEPIC。
- 优点：输出电流连续，纹波极低，适合对电源质量要求极高的精密模拟电路。
- 缺点：需要高侧驱动（High-side Driver），增加了驱动电路的复杂度和成本。
2.3 双开关 Buck-Boost (Dual-Switch)
这是目前工业应用中最主流的方案。它在 Buck 级后级接一个 Boost 级。
- 核心逻辑：通过两个开关管（）和两个二极管（或同步整流管）实现。
- 效率优势：它不强求一直处于 Buck-Boost 状态，而是根据电压动态切换。
3. 双开关架构的运行模式优化
为了最大化效率，设计者通常不使用单一的占空比控制，而是采用“模式切换”逻辑：
| 模式 | 触发条件 | 工作状态 | 效率 |
|---|---|---|---|
| Buck 模式 | 始终关闭， 进行 PWM 调制。 | 最高（单级损耗） | |
| Boost 模式 | 始终开启， 进行 PWM 调制。 | 较高（单级损耗） | |
| Buck-Boost 模式 | 同时动作，处理电压交叉区。 | 最低（双级损耗） |
设计要点：通过如 LM5118 这样的控制器，可以实现“伪 Buck-Boost”模式，即大部分时间运行在纯 Buck 或纯 Boost 模式，仅在切换瞬间进入混合模式，从而避免全时段的高开关损耗。
4. 关键参数计算与电流应力分析
在 Buck-Boost 模式下，电感电流平均值 远大于输出电流 ：
由于占空比 可能接近 1，电感的**饱和电流（）**必须预留足够的余量，否则在低输入电压时容易发生电感饱和导致烧毁 MOSFET。
5. 高效设计实现建议
- 同步整流替换：将电路中的二极管替换为低 的 MOSFET（即四开关同步方案），可将效率从 85% 提升至 95% 以上。
- 电感选型：由于 Buck-Boost 模式下电流纹波较大，应选择低核心损耗（Low Core Loss）的金属粉末电感。
- 模式切换平滑度：注意在 接近 时的控制环路稳定性。若切换逻辑设计不当，输出电压可能在切换点产生明显的抖动（Jitter）。
6. 结论
非反向 Buck-Boost 设计是一场关于效率与复杂度的权衡。对于成本敏感应用，SEPIC 是平衡点；而对于高性能工业应用，同步四开关双模控制（如 LM5118 或 LT8390 方案）则是实现 95%+ 效率的最佳路径。
高效非反向 Buck-Boost 转换器：拓扑对比与设计优化
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