一、引言

在现代电子设备、电源管理系统以及可再生能源应用中，电源输入电压常常处于波动状态，既有可能高于目标电压，也有可能低于目标电压。传统的**降压（Buck）或升压（Boost）稳压器只能处理单一方向的电压调整，而降压-升压稳压器（Buck-Boost Regulator）**则能灵活应对电压上下波动，为设备提供持续稳定的电源供应。本文将深入探讨降压-升压稳压器的工作原理、结构类型、应用场景、优劣势分析及选型指南，帮助读者全面掌握这一关键电源技术。

二、降压-升压稳压器的工作原理

降压-升压稳压器是一种具备双向调节能力的DC-DC变换器，其核心功能是无论输入电压高于还是低于目标输出电压时，都能输出恒定稳定的电压。

工作机制如下：

• 当输入电压高于输出电压时，稳压器工作在降压模式（Buck Mode）；

• 当输入电压低于输出电压时，稳压器切换到升压模式（Boost Mode）；

• 在输入电压接近输出电压的情况下，可自动调节状态，维持连续稳定的输出。

其电路中通常包含一个感应电感、电容、开关管（如MOSFET）和控制器，通过高速PWM控制开关频率与导通时间，实现能量转换与电压稳定。

三、常见降压-升压拓扑结构

1. 传统Buck-Boost（反相式）

• 输出极性与输入相反，仅用于对极性无要求的场景；

• 构造简单，但不适合大多数需要正极性的应用。

2. SEPIC（单端初级电感转换器）

• 输出极性与输入相同；

• 拓扑中加入耦合电感与耦合电容，降低电磁干扰；

• 常用于汽车电子、便携设备。

3. ZETA拓扑

• 是SEPIC的“镜像版本”，输出电压也可升可降；

• 更适合低压、大电流输出的场景。

4. 四开关同步降压-升压转换器（4-Switch Buck-Boost）

• 效率高、响应快；

• 能够自动在Buck和Boost之间无缝切换；

• 广泛用于USB-C、PD协议等新一代快充技术中。

四、降压-升压稳压器的优势

1. 适应电压波动强的环境

在太阳能、汽车电池、便携设备等场景中，输入电压随时间或负载变化频繁，降压-升压稳压器可有效保障稳定输出。

2. 拓展供电电压范围

传统设备需严格匹配电源电压，而Buck-Boost稳压器可扩展支持更宽输入电压，提高系统兼容性。

3. 提升系统稳定性与可靠性

自动调节能力可避免电压异常引发系统故障，提升设备长期运行的稳定性。

4. 减小系统尺寸

集升压与降压功能于一体，减少了器件数量与体积，尤其适用于便携式或嵌入式设备。

五、典型应用场景

1. 太阳能系统

光照不稳定导致电压频繁波动，降压-升压稳压器可稳定向电池或负载供电，优化发电效率。

2. 电动车辆电子系统

汽车电池电压随启停、负载变化显著，降压-升压电路可为传感器、LED照明等稳定供电。

3. 便携式电子设备

如智能手表、蓝牙耳机等，电池电压随电量降低，使用Buck-Boost能维持核心芯片的稳定运行。

4. USB-PD与快充系统

USB供电设备需适应5V~20V宽电压输入，使用Buck-Boost技术可实现双向稳定输出，兼容多种协议。

六、设计与选型注意事项

1. 输入与输出电压范围

确保芯片或模块支持最大最小电压范围；如输入范围3V~12V，输出需稳定5V，则应选择能覆盖此范围的器件。

2. 最大输出电流与功率

根据负载需求，选择具备足够输出能力的稳压器，避免过载发热或供电不足。

3. 转换效率

高效率意味着更少热量与能耗，尤其在电池供电系统中更为重要。选择效率≥90%的型号更具经济性。

4. 封装与散热

贴片式稳压器需结合PCB设计优化散热通道，必要时增加散热铜箔或外加散热片。

5. 电磁兼容性（EMC）

开关电源易产生EMI，应考虑滤波器设计，选择具备软开关功能或低噪声拓扑结构。

七、代表性产品与技术趋势

1. 主流IC厂商产品推荐

• TI（德州仪器）：如TPS63070，3.6A输出，适合工业与便携应用；

• Analog Devices（ADI）：如LTC3115，宽压输入、同步整流；

• MPS（芯源系统）：如MPQ4420，专为汽车应用优化；

• 安森美（onsemi）：用于电动车、照明与电机控制领域。

2. 技术趋势

• 集成化与模块化：SoC集成Buck-Boost模块简化系统设计；

• 高频化、小型化：提高开关频率，减少电感体积；

• AI自适应控制：智能调整开关频率与模式，提高效率与稳定性。

八、结语

降压-升压稳压器作为现代电源管理的重要一环，正逐步取代传统的单一Buck或Boost结构，成为各种电子系统中的首选方案。无论是在可再生能源系统、电动车、便携设备，还是工业自动化场景中，降压-升压稳压器都能以其灵活、稳定、高效的特性，保障设备稳定运行、提升系统可靠性。

随着半导体技术的不断发展，未来的降压-升压稳压器将更加智能、高效与小型化，成为智能电子设备的“能量大脑”，为我们的生活提供更可靠、更绿色的电力保障。