关于Boost的缺陷与应用之间的联系和作用

Boost转换器的作用是升压，它能把一个比较低的电压转换为一个比较高的电压。当输入电压比预设的输出电压还要高的时候，Boost就傻眼了，它将眼睁睁地看着输入电压直接灌到输出端，一点办法都没有。

如上图所示，我们通过调整开关SW在每个周期中的导通时间所占比例来调整输出电压。当输入电压升高时，占空比是降低的；当输入电压高于输出电压时，占空比已经降至极限值0，开关SW持续处于断开状态，它完全不会动作了，输入电压就通过电感L和二极管D直接灌入输出端，成为跟随输入电压变化而变化的自由状态。

这种状况在应用中很容易出现。举例来说，一个以锂离子电池作为电源的系统中如果存在4.5V的电源需求，我们很容易想到的做法就是采用Boost，因为电池的电压总是低于4.5V的。如果我们想在用5V电源为该系统充电的时候也直接将该电源引入系统为该电路供电，我们就不能得到4.5V的输出而是接近5V的输出了。（注：4.5V电压可在便携式应用中为TFT液晶显示屏供电，与之对应的还有一个负电压，这两个电压通常都是可调的，以便符合不同液晶屏的需要；高性能的音乐播放也需要类似的电源供应。）

解决这种输出电压介于输入电压范围内的问题的办法之一是采用具有自动升降压能力的Buck-Boost转换器，其电路拓扑是这样的：

这种拓扑是Buck和Boost拓扑的混合体。当SW1闭合、SW2断开时，SW3和SW4配合工作完成Boost的作用；当SW3断开、SW4闭合时，SW1和SW2配合工作完成Buck的作用。

采用这种拓扑的IC在电路上看起来是极其简单的，下图就是一个示例：

此图截取自RT6154A/B的规格书，该型号是一款可在1.8V~5.5V输入电压范围内输出1.8V~5.5V电压、负载能力最高达4A的Buck-Boost器件，使用它时无须顾忌输入与输出电压之间的关系。如果选择RT6154B，FB端的两只反馈电阻就可以省略掉，其输出电压是固定的3.3V，符合大多数数字系统的供电需要。

与单纯的Buck或是Boost转换器相比，Buck-Boost的内部电路更复杂，成本也更高，只有在必要时才值得做这种选择。

Boost转换器在输入电压高于预设输出电压时输出电压跟随输入电压变化的特性有没有利用价值呢？这在实际上是有的，只是我们的观念需要做一点转变。

以锂离子电池的应用为例，其电池可用电压范围一般为2.5V~4.2V，下图显示了一种由客户提供的电池在不同放电率情况下的容量与电压之间的关系：

单纯使用Buck或LDO作为稳压器的系统无法在电池电压低于系统需要电压的情况下得到稳定的输出电压，再加上转换器中实际存在的电压降，正常的可用电池电压就会要求更高。

由于绝大多数MCU系统都使用3.3V作为系统电源，所以可用的电池电压多在3.4V以上，甚至高达3.6V也很正常，在负载电流较大的情况下就更是如此。

从上图可以看出，如果系统消耗的电流为500mA，当以3.6V作为电池使用的终止电压时，电池还有150mAH的容量可供使用，这对要求使用时间越长越好的便携式系统来说是个极大的浪费，如果我们能把这部分电能利用起来，对系统来说就是个巨大的好消息。

解决这种问题的办法是采用具有Bypass功能的Boost器件，通过将其输出电压设定为能够维持系统持续工作至将电池电能耗尽的水平，使得该Boost器件仅在需要时才进行电压提升工作，而在不需要时就将输入直接提供给负载使用，不做任何转换。

所谓的Bypass，从字意上看是在旁边加一个通道绕过去，其实就是让输入直接通过去，让高出系统截止工作电压的电池电压直接为系统供电。而当电池电压低于系统截止工作电压时，我们就让Boost工作起来将电压提升至系统可以工作的状态，让系统可以将电池能量完全耗尽，从而延长系统的工作时间。

上图所示的拓扑即是这种架构的表示，当SW1和SW2都处于断开状态的时候，SW3处于接通状态，Boost被短路线跨接了。如果SW3处于断开状态，SW1和SW2又可以回到工作状态，恢复正常的Boost功能。

如果强制这个电路处于Bypass状态，则无论输入电压是多少，输出电压都和输入电压相同；如果让它仅在输入电压高于设定的输出电压时进入Bypass状态，其它时候都处于Boost状态，则输入电压和输出电压之间的关系就是这样的：

这个图截取自RT4803A的规格书，因为它就是这样一颗具有Bypass功能的Boost转换器。与我们的假设相同，它既可以处于自动Bypass状态，也可以处于强制Bypass状态。下面两幅图是这颗IC的应用电路图和内部框图：

简单看起来，普通的Boost器件和这里所说的具有Bypass功能的Boost器件在功能上很类似，但实际上还是有差别的。首先，在Bypass状态下，这种器件导致的电压降很小，而非同步Boost电路中的二极管导致的压降会比较大；第二点，这种器件在Bypass状态下的耗电很低，而普通Boost电路在因输入电压过高而进入直通状态时的耗电仍然很大，这从RT4803A的数据表中可以看出来：

RT4803A在自动Bypass模式下的耗电仅有35μA（IC开机，无开关动作）或55μA（IC开机，有开关动作），在强制Bypass模式下则可以低达4μA（IC关机状态下的强制Bypass模式）或15μA（IC开机状态下的强制Bypass模式）。之所以在强制Bypass模式下静态耗电降低了，是因为这时候的Boost电路没有处于工作状态，其控制电路的消耗被降到了最低。

作为一款具有Bypass特性的Boost转换器，RT4803A的效率表现是非常优秀的。下图是输出电压为3.4V时它在不同输入电压下的转换效率随负载电流不同而得到的转换效率数据曲线图，我们可以注意到，即使在输入电压低达2.5V的情况下，转换效率也可以接近95%，这是非常好的表现数据。

在轻载情况下，RT4803A的效率表现一样出色，它在1mA的负载电流下还有90%左右的效率，这对长时间待机的便携式应用来说绝对是个好消息。

除了带有Bypass特性的Boost功能，RT4803A还有很多特别的特性，这从其应用电路图中露出来的那些信号端子上也能看出一些端倪来，但也绝不仅仅就是那么一点点。