在DCDC領(lǐng)域，最為常見的是buck拓?fù)?，其次是boost拓?fù)洌鴅uck-boost的關(guān)注度相對較低。但是在電池供電場景日益普及的現(xiàn)在，升降壓的需求在不斷上升，現(xiàn)在更加關(guān)注buck-boost這個(gè)拓?fù)?。而在所有buck-boost拓?fù)渲?，四開關(guān)buck-boost最受歡迎。
四開關(guān)buck-boost的拓?fù)浜芎唵?，如下圖。
它的最大好處是可以實(shí)現(xiàn)正壓對正壓的升降壓。但是對于這樣一種拓?fù)?，有多種控制方式。
一種是，對角導(dǎo)通方式。其邏輯是，對角線上的MOSFET，比如Q1和Q3是一對，Q2和Q4一對，是同時(shí)導(dǎo)通同時(shí)關(guān)斷的。
那就是Q1和Q3同時(shí)工作，Q2和Q4同時(shí)工作。并且兩組MOS交替導(dǎo)通，如上圖。
如果把Q2和Q4換成二極管，那么也是同樣能工作，只不過沒有同步整流而已。
對于這種控制方式，在CCM情況下我們可以得到公式：
Vin*D=Vout（1-D）也就是說，Vout=Vin*D/(1-D). 這個(gè)電壓轉(zhuǎn)換比和我們常見的buck-boost是一樣的。
只不過常見的buck-boost的輸出電壓是負(fù)壓，而四開關(guān)輸出的是正壓。
但是這種控制方式的優(yōu)點(diǎn)是簡單，沒有模態(tài)切換。但是缺點(diǎn)是，四個(gè)管子都在一直工作，損耗大，共模噪音也大。
基于這種傳統(tǒng)控制方式的缺點(diǎn)。為了提供銷量和降低噪音，就演化出了第二種控制方式，就是模式切換控制方式。
如果把四管中的Q4保持常通，Q3保持常閉。只有Q1和Q2在 不停的開關(guān)，那么這個(gè)就是典型的buck電路。
如果把四管中的Q1保持常通，Q2保持常閉。只有Q3和Q4在不停的開關(guān)，那么就是典型的boost電路。
所以這個(gè)四開關(guān)buck-boost實(shí)際上是兩個(gè)基本拓?fù)鋌uck和boost的組合。完全可以通過控制方式來切換這兩個(gè)拓?fù)洹?/p>
比如Vin>Vout的時(shí)候，工作在buck模式，而當(dāng)Vin<Vout的時(shí)候工作在boost模式。這樣就可以明顯提高效率。
但是問題在于，當(dāng)Vin接近Vout的時(shí)候，采用怎么樣的控制方式？Vin接近Vout的時(shí)候，通常是采用四個(gè)開關(guān)一起工作的方式，也就是buck-boost模式。也就是說這個(gè)拓?fù)浠旧嫌腥N模態(tài)：
Vin>Vout: buck
Vin=Vout( 約等于）： buck-boost
Vin<Vout: boost
隨著輸入電壓的波動(dòng)，電路會(huì)在三個(gè)模態(tài)之間切換。但是這里最大的問題是從一個(gè)模態(tài)切換到另外一個(gè)模態(tài)的時(shí)候，如何減少模態(tài)切換帶來的動(dòng)態(tài)響應(yīng)問題。
從buck過渡到buck-boost，再過渡到boost的時(shí)候，如何做到無縫切換？
接下來，我來介紹其中一種的控制邏輯。
先假設(shè)輸出為固定的12V，輸入假設(shè)為一個(gè)電池，充滿電電壓為16V，放電結(jié)束電壓為8V。
那么從輸入16V開始，此時(shí)的工作狀態(tài)顯然是BUCK
那么四個(gè)管子的驅(qū)動(dòng)信號(hào)如下圖
那么當(dāng)輸入電池電壓逐漸開始降低，M1的占空比也逐漸開始增大，而M2的占空比開始減小。
此時(shí)M2的占空比是個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)。
因?yàn)镮C內(nèi)部對M2的脈寬有個(gè)最小設(shè)定，假如說是200ns。
那么現(xiàn)在假設(shè)輸入電壓掉到12.5V，而M2的脈寬也收縮到了200ns。IC內(nèi)部的邏輯電路就認(rèn)為到了模態(tài)切換的時(shí)候了。
此時(shí)發(fā)生的變化是，M3和M4兩個(gè)管子不再是常關(guān)和常通的狀態(tài)，而是開始開關(guān)了。
如果我們把上圖進(jìn)行分解，就會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的現(xiàn)象，就是
在一個(gè)clock周期里面，前半周期是buck，后半周期是boost
這個(gè)時(shí)候boost切進(jìn)去的時(shí)候，M3是以最小占空比切入的，而且該占空比不可調(diào)。
此時(shí)M2的占空比則會(huì)從最小突然展寬以抵消boost模特切入的影響。在這個(gè)時(shí)候，輸出會(huì)產(chǎn)生一個(gè)動(dòng)態(tài)效應(yīng)。
那么當(dāng)輸入繼續(xù)下降的時(shí)候，M2的占空比會(huì)繼續(xù)減小。
那么當(dāng)M2再度回到最小占空比的時(shí)候，IC內(nèi)部邏輯電路會(huì)認(rèn)為模態(tài)需要再次轉(zhuǎn)換了。
此時(shí)，M2將固定在最小占空比，而M3則開始跳出最小占空比，可以逐漸展寬。理論上來說，這個(gè)過渡應(yīng)該是完全無縫的切換，
但是由于最小占空比的存在，也會(huì)對輸出造成一種動(dòng)態(tài)效應(yīng)。
這個(gè)時(shí)候，變成了前半周期是boost，后半周期是buck。
同樣，當(dāng)輸入電壓繼續(xù)降低的時(shí)候，電路會(huì)切入完全的boost模態(tài)。
這個(gè)是基本的控制邏輯，當(dāng)然現(xiàn)在有很多的IC采用了一些改進(jìn)的方式來控制模式切換。比如有些IC采用一個(gè)周期buck，一個(gè)周期boost的方式，而不是半個(gè)周期buck，半個(gè)周期boost。這樣可以有效降低buck-boost模式下的開關(guān)損耗。在比如在buck-boost模式下，讓buck和boost的占空比都可以調(diào)，來改善動(dòng)態(tài)。
總之，四開關(guān)buck-boost 的控制方式在不斷改進(jìn)之中，最求更完善的模式切換和更高的效率。同時(shí)，由于四開關(guān)buck-boost完美對稱的結(jié)構(gòu)，在雙向DCDC的應(yīng)用中也廣受歡迎，是一種很有應(yīng)用前途的拓?fù)洹?/p>