Application Report
SLUA059A - March 1999 – Revised November 2002
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Understanding Buck-Boost Power Stages in Switch Mode
Power Supplies
Everett Rogers System Powe
r
ABSTRACT
A switching power supply consists of the power stage and the control circuit. The power stage
performs the basic power conversion from the input voltage to the output voltage and includes
switches and the output filter. This report addresses the buck-boost power stage only and
does not cover control circuits. Detailed steady-state and small-signal analysis of the
buck-boost power stage operating in continuous and discontinuous mode is presented.
Variations in the standard buck-boost power stage and a discussion of power stage
component requirements are included.
Contents
1 Introduction 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 Buck-Boost Stage Steady-State Analysis 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1 Buck-Boost Steady-State Continuous Conduction Mode Analysis 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2 Buck-Boost Steady-State Discontinuous Conduction Mode Analysis 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3 Critical Inductance 11. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3 Buck-Boost Power Stage Small Signal Modeling 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1 Buck-Boost Continuous Conduction Mode Small-Signal Analysis 13. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2 Buck-Boost Discontinuous Conduction Mode Small-Signal Analysis 16. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4 Variations of the Buck-Boost Power Stage 21. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1 Flyback Power Stage 21. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 Component Selection 24. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1 Output Capacitance 24. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2 Output Inductance 26. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3 Power Switch 27. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.4 Output Diode 28. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6 Summary 29. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7 References 31. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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