【導讀】偏置電流在運放輸入端外部電阻后產(chǎn)生電壓會(huì )對使用者造成麻煩，產(chǎn)生系統誤差。比如對于一個(gè)同相單位增益緩沖電流，如果信號源電阻為 1MΩ，那么當 時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生 10mV 的誤差，對于任何系統這個(gè)誤差都不能被忽略。
基于電感器的開(kāi)關(guān)架構電源有3中常見(jiàn)的拓撲結構，分別是BUCK降壓電源、BOOST升壓電源以及BUCK-BOOST負壓電源，今天介紹的第4中拓撲——4開(kāi)關(guān)BOB電源，在手機、汽車(chē)、嵌入式等領(lǐng)域都有廣泛應用，它的基本工作原理是怎樣的呢？有什么優(yōu)勢呢？
一. 4開(kāi)關(guān)拓撲
4開(kāi)關(guān)BOB電源全稱(chēng)是BUCK or BOOST升降壓電源，顧名思義，既可以降壓，又可以升壓，兼容BUCK和BOOST電源的功能。
下圖是4開(kāi)關(guān)BOB電源的拓撲示意圖，4個(gè)開(kāi)關(guān)帶一個(gè)電感，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)的導通、斷開(kāi)的不同狀態(tài)來(lái)衍生出不同的電源架構。
二. 降壓模式
當S4處于常閉、S3處于常開(kāi)狀態(tài)時(shí)，反復開(kāi)關(guān)的管子是S1和S2，這就構成了BUCK降壓結構。下圖就是BUCK的結構，有S1、S2兩個(gè)工作管子，這種BUCK被稱(chēng)為同步BUCK，效率會(huì )高一些。有兩種工作周期，1：S1閉合、S2斷開(kāi)，對電感L1充電，見(jiàn)下圖綠色曲線(xiàn)；2：S1斷開(kāi)、S2閉合，電感對負載放電，見(jiàn)下圖藍色曲線(xiàn)。
將上圖中的S2代替為二極管也可以起到降壓作用，然而效率會(huì )降低一些，二極管會(huì )消耗一部分功率，這種結構被稱(chēng)為非同步BUCK，只有S1一個(gè)管子動(dòng)作。當S1閉合時(shí)，對電感L1充電，見(jiàn)下圖綠色曲線(xiàn)；當S1斷開(kāi)時(shí)，電感L1通過(guò)負載——>二極管D2進(jìn)行放電，見(jiàn)下圖藍色曲線(xiàn)。
對于非同步BUCK，如果在上圖中SW點(diǎn)開(kāi)關(guān)節點(diǎn)位置測量電壓，會(huì )發(fā)現一個(gè)奇怪的負電壓，如下圖紅色圈圈中那樣，這是因為二極管需要有一個(gè)導通低電壓，一般是0.7V，就剛好出現這個(gè)小小的負電壓。
三. 升壓模式
當S1處于常閉、S2處于常開(kāi)狀態(tài)時(shí)，反復開(kāi)關(guān)的管子是S3和S4，這就構成了boost升壓結構。下圖就是BOOST的結構，有S3、S4兩個(gè)工作管子，有兩種工作周期，1：S3閉合、S4斷開(kāi)，對電感L1充電，見(jiàn)下圖藍色曲線(xiàn)；2：S3斷開(kāi)、S4閉合，電感對負載放電，見(jiàn)下圖綠色曲線(xiàn)。
同樣地，也可以把S4代替為二極管，依然實(shí)現升壓結構。
總而言之，4開(kāi)關(guān)架構電源，通過(guò)對開(kāi)關(guān)進(jìn)行配置，可以自由工作在降壓或者是升壓的模式。
四. 為什么需要BOB？
我們?yōu)槭裁葱枰狟OB電源，這種電源有什么優(yōu)勢？
有一些對于電源噪聲要求比較高的場(chǎng)合，我們傾向于使用低噪聲的LDO，LDO的輸入一般通過(guò)開(kāi)關(guān)電源提供，最典型的架構是BUCK+LDO或者是BOOST+LDO。為了達到對電源的高效利用，電源系統中往往一個(gè)開(kāi)關(guān)電源后面會(huì )接多路LDO，見(jiàn)下面示意圖，比如開(kāi)關(guān)電源的輸入是3.0V，需要搭配多種LDO電源。
有同學(xué)會(huì )說(shuō)，為什么不直接用一個(gè)BOOST聲壓電源來(lái)覆蓋這么多種電源需求呢？
如果使用BOOST這種一刀切滿(mǎn)足所有LDO要求的方法，假如高電壓的負載沒(méi)有工作時(shí)，見(jiàn)下圖紅色部分，依然使用BOOST的話(huà)，綠色LDO會(huì )額外增加功耗，因為L(cháng)DO功耗與輸入和輸出的壓差成正比。對于下圖中，BOOST輸出是3.5V可以滿(mǎn)足所有LDO的需求，但是在3.3/2.9/2.8等LDO關(guān)閉時(shí)，BOOST繼續輸出3.5V的話(huà)，就會(huì )給LDO帶來(lái)額外功耗，LDO1.0的功耗是(3.5-1.0)*Io（Io是LDO的負載電流），無(wú)論怎么降低BOOST的輸出電源，它也不會(huì )低于3.0V。
不要小看這些功耗，對于移動(dòng)嵌入式等產(chǎn)品而言，續航就是生命！
所以，升降壓電源就給我們帶來(lái)了更好的選擇，假如高電壓LDO沒(méi)有工作時(shí)，升降壓電源可以通過(guò)BUCK模式降低自己的輸出到1.2V，這樣的話(huà)LDO的功耗就會(huì )大大降低，
（(1.2-1.0)*Io）/（(3.5-1.0)*Io）=8%，這種架構的功耗只有原來(lái)功耗的8%，收益很明顯，當然實(shí)際的功耗收益和負載的工作狀態(tài)息息相關(guān)。
以上就是4開(kāi)關(guān)電源的工作原理，你學(xué)廢了嗎？
（來(lái)源：工程師看海，作者：工程師看海）
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