Boost、Buck-Boost、Sepic拓扑有什么区别

工程师笔记

工程师们在做电源设计时经常会有升压的需求，而常用的Boost、Buck-Boost、Sepic拓扑均可实现升压。这些拓扑有什么区别，该选哪个呢？

先来简单了解一下

这三种拓扑的基本原理

PART 01

Boost

在一个周期内，当MOS管Q1导通时，二极管D1截止，输入给电感L1储能，输出需要的能量靠输出电容维持；当MOS管Q1关断时，二极管D1导通，输入源和电感L1共同给输出提供能量。

通过理论推导可以得到，Boost的输入输出电压公式为：

D为占空比，也就是MOS管Q1的导通时间占开关周期的比例，下同。

电感电流平均值为：

Io为输出电流，下同。

需要的MOS和二极管耐压等级至少为Vo

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PART02

Buck-Boost

注：此拓扑输出的是负压，4开关的buck-boost可实现正压的升降压输出

在一个周期内，当MOS管Q1导通时，二极管D1截止，输入给电感L1储能，输出需要的能量靠输出电容维持；当MOS管Q1关断时，二极管D1导通，电感L1给输出提供能量。 Buck-Boost的输入输出电压公式为：

Buck-Boost的电感电流平均值为：

需要的MOS和二极管耐压等级至少为Vin+|Vo|

PART03

Sepic

一些工程师朋友可能对Sepic不太了解，MPS之前出了一篇文章专门讲解Sepic：

赛皮克（Sepic）是啥？ 基因突变的Boost实现升降压

Sepic是一种能够实现升降压的非隔离DC/DC拓扑，基本拓扑如下：

相比Boost和Buck-Boost，Sepic多了一个储能电感L2和一个隔直电容C1。

Sepic的输入输出电压公式与Buck-Boost相同，为：

靠近输入端的电感L1电流平均值为：

靠近输出端的电感L2电流平均值为：

需要的MOS和二极管耐压等级至少为Vin+Vo，隔直电容C1的耐压等级至少为Vin

总结

总结一下三种拓扑的电压电流特性。注意对于同样的输入输出电压，Boost拓扑的占空比D要小于Buck-Boost和Sepic

取Vo=2Vin的情况做比较，可以得到三种拓扑电流的波形如下：

同种条件下Boost拓扑上电感电流的平均值会低于Buck-Boost和Sepic，MOS管和二极管上的平均电流也会更低。而Buck-Boost的电感电流平均值为Sepic拓扑的两个电感平均电流之和。

有如下结论：

单纯的升压应用，选择Boost拓扑需要的器件耐压更低，同器件下发热量更小，可以尽量选用Boost拓扑来做。特别注意，Boost拓扑在不做特殊处理的情况下，无法实现输出过流保护和短路保护。而Buck-Boost和Sepic可以实现。

需要升降压的场合则需要选用Buck-Boost或Sepic。

两开关的Buck-Boost只能出负压，可以用在输出负载和系统不共地的场合。四开关的Buck-Boost需要4个MOS或者两个MOS两个二极管，相对来说成本更高一些。

Sepic需要两个功率电感还需要多加一个隔直电容，会占用更大的板面积。方便之处是可以用现成的Boost芯片改为Sepic拓扑。