【導讀】偏置電流在運放輸入端外部電阻后產生電壓會對使用者造成麻煩，產生系統誤差。比如對于一個同相單位增益緩沖電流，如果信號源電阻為 1MΩ，那么當 時，就會產生 10mV 的誤差，對于任何系統這個誤差都不能被忽略。
基于電感器的開關架構電源有3中常見的拓撲結構，分別是BUCK降壓電源、BOOST升壓電源以及BUCK-BOOST負壓電源，今天介紹的第4中拓撲——4開關BOB電源，在手機、汽車、嵌入式等領域都有廣泛應用，它的基本工作原理是怎樣的呢？有什么優勢呢？
一. 4開關拓撲
4開關BOB電源全稱是BUCK or BOOST升降壓電源，顧名思義，既可以降壓，又可以升壓，兼容BUCK和BOOST電源的功能。
下圖是4開關BOB電源的拓撲示意圖，4個開關帶一個電感，通過控制開關的導通、斷開的不同狀態來衍生出不同的電源架構。
二. 降壓模式
當S4處于常閉、S3處于常開狀態時，反復開關的管子是S1和S2，這就構成了BUCK降壓結構。下圖就是BUCK的結構，有S1、S2兩個工作管子，這種BUCK被稱為同步BUCK，效率會高一些。有兩種工作周期，1：S1閉合、S2斷開，對電感L1充電，見下圖綠色曲線；2：S1斷開、S2閉合，電感對負載放電，見下圖藍色曲線。
將上圖中的S2代替為二極管也可以起到降壓作用，然而效率會降低一些，二極管會消耗一部分功率，這種結構被稱為非同步BUCK，只有S1一個管子動作。當S1閉合時，對電感L1充電，見下圖綠色曲線；當S1斷開時，電感L1通過負載——>二極管D2進行放電，見下圖藍色曲線。
對于非同步BUCK，如果在上圖中SW點開關節點位置測量電壓，會發現一個奇怪的負電壓，如下圖紅色圈圈中那樣，這是因為二極管需要有一個導通低電壓，一般是0.7V，就剛好出現這個小小的負電壓。
三. 升壓模式
當S1處于常閉、S2處于常開狀態時，反復開關的管子是S3和S4，這就構成了boost升壓結構。下圖就是BOOST的結構，有S3、S4兩個工作管子，有兩種工作周期，1：S3閉合、S4斷開，對電感L1充電，見下圖藍色曲線；2：S3斷開、S4閉合，電感對負載放電，見下圖綠色曲線。
同樣地，也可以把S4代替為二極管，依然實現升壓結構。
總而言之，4開關架構電源，通過對開關進行配置，可以自由工作在降壓或者是升壓的模式。
四. 為什么需要BOB？
我們為什么需要BOB電源，這種電源有什么優勢？
有一些對于電源噪聲要求比較高的場合，我們傾向于使用低噪聲的LDO，LDO的輸入一般通過開關電源提供，最典型的架構是BUCK+LDO或者是BOOST+LDO。為了達到對電源的高效利用，電源系統中往往一個開關電源后面會接多路LDO，見下面示意圖，比如開關電源的輸入是3.0V，需要搭配多種LDO電源。
有同學會說，為什么不直接用一個BOOST聲壓電源來覆蓋這么多種電源需求呢？
如果使用BOOST這種一刀切滿足所有LDO要求的方法，假如高電壓的負載沒有工作時，見下圖紅色部分，依然使用BOOST的話，綠色LDO會額外增加功耗，因為LDO功耗與輸入和輸出的壓差成正比。對于下圖中，BOOST輸出是3.5V可以滿足所有LDO的需求，但是在3.3/2.9/2.8等LDO關閉時，BOOST繼續輸出3.5V的話，就會給LDO帶來額外功耗，LDO1.0的功耗是(3.5-1.0)*Io（Io是LDO的負載電流），無論怎么降低BOOST的輸出電源，它也不會低于3.0V。
不要小看這些功耗，對于移動嵌入式等產品而言，續航就是生命！
所以，升降壓電源就給我們帶來了更好的選擇，假如高電壓LDO沒有工作時，升降壓電源可以通過BUCK模式降低自己的輸出到1.2V，這樣的話LDO的功耗就會大大降低，
（(1.2-1.0)*Io）/（(3.5-1.0)*Io）=8%，這種架構的功耗只有原來功耗的8%，收益很明顯，當然實際的功耗收益和負載的工作狀態息息相關。
以上就是4開關電源的工作原理，你學廢了嗎？
（來源：工程師看海，作者：工程師看海）
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