從根本上說，有兩種常見的拓撲結構可以將源電壓更改為負載所需的電壓。降壓調節降低輸入電壓，而升壓則是升壓拓撲結構。然而，許多移動或電池供電的應用需要第三種選擇，即降壓 - 升壓。在這種情況下，輸入電壓可以從高于低于輸出負載所需的電壓。

代表這種需求的一個很好的例子是由鋰離子電池供電的移動設備，其電壓可以從低于3V變化到4V，而設備電路中的大多數IC的工作電壓是3.3V。某些移動應用需要更低的電壓，因此必須使用兩個堿性或鎳氫（NiMH）電池。與鋰離子電池一樣，堿性電池和鎳氫電池輸出的電壓也可以變化±10％。而且，這種系統中的負載可以從睡眠/空閑模式快速變化到激活模式，此時必須傳送電路所需的規定的穩壓電壓。

當電路必須調節非常接近指定輸出電壓的輸入電壓時，設計降壓 - 升壓轉換器變得具有挑戰性。多年來已經開發了許多電路，通過降壓和升壓拓撲共享許多通用元件，如圖1所示。

圖1：基本降壓（a）和升壓（b）拓撲。

雖然反相降壓 - 升壓是最簡單的電路，提供極性與輸入相反的輸出，但是可以使用電荷泵，反激式或單端，初級電感耦合來實現非反相拓撲（ SEPIC）拓撲結構。然而，這些電路的缺點是它們的性能可能有限。

例如，電荷泵提供簡單，低成本的解決方案，但通常限制在幾百毫安（mA）。反激式需要昂貴的耦合電感器，專門為應用而纏繞，并且本質上是有噪聲的。同樣，SEPIC提供的效率更低。盡管隨著單片電容器的發展，SEPIC轉換器的效率最近有所提高，但由于電感器的損耗，它仍然會降低效率。此外，它的成本更高，其尺寸對移動應用程序而言并不具吸引力。

H橋降壓 - 升壓

另一種選擇是H橋降壓 - 升壓電路1。本質上，它只是一個降壓和升壓共用一個電感，如圖2所示。在這個解決方案中，降壓部分的二極管已被同步FET（S2）取代，以提高效率。 FET（S4）取代升壓部分中的二極管。由于這些FET可以輕松集成，因此H橋降壓 - 升壓解決方案非常小巧，設計簡單，只需要兩個外置的現成電容器（Cin和COut）和電感器。

圖2：帶有一個電感的基本H橋降壓 - 升壓電路。

除了簡單性之外，H橋還具有高效率，高負載電流能力和良好的線路瞬態響應。此外，它需要很少的靜態電流。另一方面，它必須具備決定是以降壓，升壓還是降壓 - 升壓模式工作的能力。這些工作模式與器件轉換速度之間的轉換點對于維持穩壓輸出電壓至關重要。

為了滿足這些需求，Intersil等供應商利用H橋架構開發了集成降壓 - 升壓穩壓器，如ISL9110和ISL9112，代表了最先進的解決方案。 ISL9110和ISL9112都是高度集成的降壓 - 升壓開關穩壓器，可接受高于或低于穩壓輸出電壓的輸入電壓。它們還可以在不顯著的輸出干擾的情況下在工作模式之間自動轉換。由于采用完全同步的四開關架構，兩個穩壓器均能夠提供高達1.2 A的輸出電流和卓越的效率。空載靜態電流僅為35μA。 ISL9110專為獨立應用而設計，支持3.3和5 V固定輸出電壓或可變輸出電壓，并帶有外部電阻分壓器。事實上，使用外部電阻分壓器可以實現低至1 V或高達5.2 V的輸出電壓。

使用ISL9110的典型應用電路，輸入范圍為1.8 V至1.5 V，輸入范圍為1.8至5.5 V，如圖3所示。注意，如圖所示，只需少量外部無源器件即可完成此設計。此外，2.5 MHz開關頻率進一步減小了外部元件的尺寸。

圖3：集成降壓 - 升壓轉換器僅需少量外部無源元件即可完成3.3 V/1 A輸出的設計，輸入范圍為1.8至5.5 V.

圖4中繪制的效率曲線表明，該設計經過優化，即使在輕載條件下也能提供高效率。高負載條件下的典型功率轉換效率超過90％。

圖4：降壓 - 升壓轉換器ISL9110經過優化，即使在輕負載條件下也能提供高效率。

與ISL9110不同，ISL9112具有I2C接口，可實現輸出電壓的可編程性。它還控制輸出電壓轉換的變化率。 ISL9112的可編程輸出電壓范圍為1.9至5 V，非常適合需要動態變化電源電壓的應用。可以選擇可編程壓擺率，以在輸出電壓設置之間提供平滑過渡。

德州儀器是另一家供應此領域的供應商。與Intersil一樣，TI的單電感降壓 - 升壓轉換器在片內集成了四個功率MOSFET，以節省空間并在兩種工作模式之間無縫轉換。例如，TPS63060和61為由三節高達六節堿性電池，鎳鎘電池或鎳氫電池供電的產品或單節或雙節鋰離子或鋰聚合物電池提供電源解決方案。該器件的輸入電壓范圍為2.5至12 V，輸出電壓范圍為2.5至8 V.輸出電流可高達2 A，同時使用雙節鋰離子或鋰聚合物電池并將其放電至5 V或更低。降壓 - 升壓基于固定頻率，脈沖寬度調制（PWM）控制器，使用同步整流來獲得最大效率。它采用10引腳SON PowerPAD封裝，尺寸為3×3 mm。

對于非常寬的輸入，TI提供TPS55065，一種開關模式降壓 - 升壓穩壓器，集成開關，用于電壓模式控制。由于幾乎沒有外部無源元件，轉換器可在1.5 V至40 V的寬輸入電壓范圍內將輸出調節至5 V±3％。它可提供高達500 mA的輸出電流。

凌力爾特公司的輸入和輸出電壓非常寬，其LTM4609是一款高效率（高達98％）開關模式降壓 - 升壓型DC/DC轉換器。開關控制器，功率FET和支持組件包含在單個LGA封裝中。它的工作輸入電壓范圍為4.5至36 V，支持0.8 V至34 V的輸出電壓范圍，由電阻設置。這種高效μModule設計可在升壓模式下提供高達4 A的連續電流（降壓模式下為10A）。只需要一個電感，檢測電阻，大容量輸入和輸出電容即可完成設計。