### USB应用中的简单降—升压变换器
#### 一、引言
在现代电子设备设计中，USB接口因其便携性和通用性被广泛应用。在USB应用中，常常需要一个稳定的5V电源来供电，然而根据USB的标准规定，输入电压可以在4.5V到5.25V之间波动。为了确保电源的稳定性，需要使用变换器来进行稳压处理。传统使用的降压或升压变换器可能无法满足所有情况下的需求，因此引入了一种更为灵活的降—升压变换器（Buck-Boost Converter），这种变换器可以在输入电压高于或低于期望输出电压的情况下都能稳定工作。
#### 二、降—升压变换器原理
降—升压变换器是一种能够实现电压升降双向调节的DC-DC转换器，它可以在输入电压变化较大的情况下保持输出电压的稳定。其核心在于利用电感和电容组成的储能元件以及开关器件的快速切换，从而实现能量的转移与转换。下面详细介绍图1所示的基于Elantec EL7515脉宽调制(PWM)升压DC-DC稳压器的降—升压变换器的工作原理。
#### 三、降—升压变换器电路分析
**1. 主要组件**
- **Elantec EL7515 PWM升压DC-DC稳压器**：内置了一个内部NFET开关，该开关的漏极连接到LX引脚，源极连接到PGND引脚。
- **PFET (Q1)**：与内部NFET配合使用，实现降—升压功能。
- **二极管 (D2)**：用于防止电流倒流。
**2. 工作原理**
当内部NFET导通时，LX引脚变为低电平状态，导致PFET (Q1) 的源极也为低电平。此时，PFET (Q1)、电感L1和内部NFET构成了一个电流环路，输入电压VIN通过这个环路对电感L1进行充电。在此过程中，电感L1中的电流逐渐增加。
当内部NFET关断时，LX引脚电压上升至输出电压VOUT加上二极管D2的正向压降。此时，PFET (Q1) 关闭，电感L1中的电流开始向输出电容C5释放，形成一个新的电流环路。随着电感L1中的电流逐渐减少，输出电压可以按照以下公式计算：
\[ VOUT = 1.3 \left[ 1 + \left(\frac{R2}{R1}\right) \right] \]
其中，\( VOUT \) 表示输出电压，\( R1 \) 和 \( R2 \) 是电阻值。
变换器的电压增益可以通过下面的公式计算：
\[ \frac{VOUT}{VIN} = \frac{D}{1-D} \]
其中，\( D \) 是开关周期比，即导通时间与总周期的比率。
#### 四、性能评估
根据提供的资料，图2和图3展示了该变换器的效率和稳压特性。数据显示，在大部分负载范围内，该变换器的效率保持在70%到75%之间，且负载/线稳压性能优于2%。这表明该变换器不仅具有较高的效率，还能有效地抑制输出电压的变化，确保了系统的稳定性和可靠性。
#### 五、应用范围
该降—升压变换器适用于多种应用场景，特别是在USB接口供电的应用中表现出色。此外，由于该变换器能够支持高达17V的最大输出电压，因此在需要较高电压的应用场合中也能发挥重要作用。值得注意的是，输入电压VIN不能远高于输出电压VOUT，这是由于PFET (Q1) 并非独立控制造成的限制。
#### 六、结论
USB应用中的简单降—升压变换器是一种高效且稳定的电源解决方案，能够在广泛的输入电压范围内提供稳定的5V输出。通过合理的设计和选型，可以有效提高USB接口供电设备的整体性能和可靠性，适用于各种需要稳定电源的场景。
