为什么BUCK-BOOST 芯片不输出负压?图文结合+工作原理，一文搞定
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今天给大家分享的是：为什么 Buck-Boost 芯片没有输出负压？
不知道大家在项目于上使用Buck-Boost芯片时，有没有这样的疑问：选用的明明是升降压变换器，也在单板上正常使用了，但是输出并不是负压！
应该很多人有过这样的设计：输入电压是2.5~5V，输出3.3V，DC-DC芯片选用的就是Buck-Boost芯片，输出也的确是正的3.3V，并不是基础拓扑说的负压!那到底是原因导致的呢？
一、标准的Buck-Boost变换器的拓扑
先了解标准的 Buck-Boost 变换器的拓扑。当 Q1 开关管导通时，输入电压对电感进行充电，此时二极管D1截止。
当 Q1 开关管闭合时，电感阻止电流的降低，感应出的电流对负载充电，此时二极管 D1导通，则负载下端电压高，上端电压低，如果将下端作为 GND，输出即为负压。
标准的Buck-Boost变换器的拓扑
按照 Buck-Boost 的工作原理，输出确实应该就是负压，但实际上各大厂商提供的Buck-Boost芯片很少是输出负压的。
比如 MP28160芯片，从芯片外部来看，就一个电感。从芯片的描述来看，明明就是 Buck-Boost 芯片，但是输出却是正电压。
MP28160芯片外部
要解决上面的疑问，还要深入到芯片内部来看。
下面是 MP28160 的内部框图，竟然有四个MOS管。这和最开始介绍的Buck-Boost拓扑并不一样！没有二极管，而且多了三个MOS管。
MP28160 的内部框图
现在，我们来推导一下，从负压的 Buck-Boost 怎么得到正压的四管的 Buck-Boost。
二、从负压的Buck-Boost怎么得到正压的四管的Buck-Boost?
1、目标是输入2.5V~5V，输出3.3V，可以先升压再降压
如下图所示，将两个拓扑串联起来，完全可以实现目标需求，而且是正压输出。
但是这里有两个电感，而且需要两个控制器，一个降压，一个升压，同时这里还有两个二极管，损耗比较高，效率低，且成本高。
两个拓扑串联
2、为了解决上述问题，将二极管换成 MOS 管
只要合理控制上述4个MOS管的开通和关断时序，完全可以实现升压，降压功能，且输出正压。
但是这里还是有个问题没解决——存在两个电感！
将二极管换成MOS管
3、为了解决两个电感的问题，改用降压和升压串联
这种方案相比升压和降压串联，只有一个电感，输出正压，更接近目标的需求。但是因为存在两个二极管，还是会存在效率低，无法用在大功率的场合。因此，还需要进一步优化。
降压和升压串联
4、将二极管更换为MOS管
经过上述4步的变换，既可以实现了目标需求，同时还和刚刚看到的 MP28160芯片内部的拓扑框图一致，这说明，使用降压和升压拓扑串联，其实是可以实现升降压的。
二极管更换为MOS管
所以，大家在单板上使用的Buck-Boost芯片，更为准确的说应该是四管单电感升降压变换器。与最初大家所熟知的，带有二极管的负极性的Buck-Boost拓扑并不是描述的同一个电路拓扑。
三、对于上述4个MOS管的拓扑，是如何实现所需要的电压？
在 MP28160 Datasheet 上找到相关的描述，MOS管的开通的关断会自动根据输入和输出电压的关系，进行MOS时序控制。
MP28160 Datasheet
1、当输入电压高于输出电压时，工作在 Buck模式
Buck 模式时序如下，这种模式下要求Q3一直需要导通。
Q3一直导通
Q3一直导通
2、当输出电压高于输入电压时，工作在Boost模式时
时序如下，这种模式下要求Q1一直需要导通。
Q1一直导通
Q1一直导通
3、当输入电压和输出电压接近时，工作在Buck-Boost模式
这种模式存在两种方式：
（1）当输入电压高于输出电压时，此时有Buck充电和Boost充电两种方式，而只有Buck放电一种方式；
Buck充电方式，MOS管工作时序
Buck充电方式，MOS管工作时序
Buck充电方式，MOS管工作时序
Boost充电方式，MOS管工作时序
Buck放电方式，MOS管工作时序
Buck放电方式，MOS管工作时序
（2）当输出电压高于输入电压时，此时只有Boost充电一种方式，而有Buck放电和Boost放电两种方式；
Boost充电方式，MOS管工作时序
Boost充电方式，MOS管工作时序
Buck放电方式，MOS管工作时序
Buck放电方式，MOS管工作时序
Boost放电方式，MOS管工作时序
Boost放电方式，MOS管工作时序
从上面的分析可以看出，四管升降压的拓扑相比带有二极管的负压Buck-Boost而言，工作模式多样，控制方式也比较复杂，在PCB布局设计时要求也更高，因为出现了更多SW节点和功率回路。
四、总结
基础的Buck-Boost拓扑，输出的确是负压。但是在实际工作应用中，需要Buck-Boost拓扑，且输出负压的并不多。目前被广泛使用的，只有一个电感的升降压电路，准确的来说，并不是我们常说的Buck-Boost基础拓扑。
只不过是四管单电感的这种拓扑恰好实现了升降压的功能，而且还仅仅就一个电。因此，这种升降压电路更为准确的说法应该是：四管单电感升降压型Buck-Boost拓扑。
四管的工作时序和模式和输入和输出电压有较强的关联系，当输入大于输出时，Buck多，Boost少；当输出大于输入时，Buck少Boost多。
回到开头的疑问，基础的、三种非隔离的DC -DC拓扑之一的Buck-Boost，输出是负压。但是，目前使用较多的，输出是正压的，应该是四管单电感升降压型拓扑，很明显它属于Buck-Boost，但作为硬件开发人员，需要做好区分，而不能混为一体。
来源：《大话硬件》
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