原标题：什么是升压芯片？如何实现升压和降压？

升压芯片（Boost Converter 或 Step-Up Converter）是一种直流-直流（DC-DC）转换器，用于将输入电压升高到更高的输出电压。其核心功能是通过电感储能和开关控制，实现电压的“升压”转换。

升压芯片的工作原理

1. 基本拓扑结构

• 电感储能：当开关（如 MOSFET）导通时，电感储存能量，电流线性增加。

• 能量释放：开关断开时，电感通过二极管向负载释放能量，电感两端产生反向电动势，叠加到输入电压上，形成升压。

• 输出电容滤波：平滑电感释放的脉冲电压，输出稳定的直流电压。

2. 关键参数

• 占空比（D）：开关导通时间与周期的比值，决定升压比。

Vout=1−DVin

• 开关频率：影响电感、电容的尺寸和效率。

升压与降压的实现方式

1. 升压（Boost）

• 应用场景：

• 电池供电设备（如手机、物联网设备）需要将低电压（如 3.7V 锂电池）升压到 5V 或更高。

• 驱动高电压负载（如 LED 背光、OLED 显示屏）。

• 实现方式：

• 使用升压芯片（如 TPS61021、MT3608），通过调节占空比控制输出电压。

• 外部元件：电感、二极管、输出电容。

2. 降压（Buck）

• 应用场景：

• 将高电压（如 12V 电源）降压到 5V 或 3.3V，为微控制器或传感器供电。

• 高效电源管理，减少功耗。

• 实现方式：

• 使用降压芯片（如 LM2596、TPS5430），通过 PWM 调节占空比。

• 外部元件：电感、二极管、输入/输出电容。

3. 升降压（Buck-Boost）

• 应用场景：

• 输入电压可能高于或低于输出电压（如太阳能电池板、汽车电源）。

• 实现方式：

• 使用升降压芯片（如 TPS63000、LTC3440），通过四开关拓扑实现双向电压转换。

升压与降压的对比

升压芯片的典型应用电路

1. 升压芯片（如 TPS61021）

• 输入：3.7V 锂电池

• 输出：5V / 1A

• 关键元件：

• 电感（10μH）

• 肖特基二极管（1N5819）

• 输出电容（22μF）

2. 降压芯片（如 LM2596）

• 输入：12V 电源

• 输出：5V / 3A

• 关键元件：

• 电感（22μH）

• 续流二极管（1N5822）

• 输入/输出电容（100μF）

升压芯片的设计要点

1. 电感选择

• 根据开关频率和电流纹波选择电感值。

• 饱和电流需大于最大负载电流。

2. 二极管选择

• 升压用肖特基二极管（低正向压降）。

• 降压用快恢复二极管。

3. 反馈与控制

• 通过反馈电阻分压器调节输出电压。

• 集成补偿网络确保稳定性。

4. 效率优化

• 降低开关损耗（选择低 RDS(on) 的 MOSFET）。

• 优化 PCB 布局，减少寄生参数。

总结

• 升压芯片通过电感储能和开关控制实现电压升高，适用于电池供电设备和高电压负载。

• 降压芯片通过电感续流实现电压降低，适用于高效电源管理。

• 升降压芯片结合两者功能，适应输入电压波动的场景。

• 设计时需根据应用需求选择合适的拓扑结构和元件参数，以平衡效率、成本和体积。