一、概述：DC-DC 转换器的核心三种拓扑

在直流电源转换领域，Boost（升压）、Buck（降压）与 Buck-Boost（升降压）是最常见的三种非隔离式开关电源拓扑。它们均通过 MOSFET 的高速开关动作结合电感储能，实现输入电压向目标电压的调节。

三者之间的差异主要体现为：

• 输出电压范围不同

• 能量传递方式不同

• 效率、纹波、电磁干扰特性不同

• 适用的电子产品场景不同

为方便工程应用，本文章将从效率、纹波、工作原理以及典型场景四个方面进行深入对比。

二、三种电路的工作原理与基本结构

1. Buck 降压型转换器

工作原理

当 MOSFET 导通时，输入直接给电感供电，同时电感储能；断开时电感通过二极管或同步 MOSFET 持续向负载供能。

典型特征

• 输出电压始终小于输入电压

• 拓扑简单、效率高、纹波低

• 广泛用于电池或适配器降压用途

2. Boost 升压型转换器

工作原理

导通期间电感储能；断开时电感能量与输入叠加，使输出电压高于输入。

典型特征

• 输出电压始终大于输入电压

• 输入电流连续，有利于降低 EMI

• 多用于电池升压、LED 驱动

3. Buck-Boost 升降压转换器

工作原理

通过电感储能并在不同阶段释放，使输出电压可高于或低于输入；输出电压极性通常反相（传统拓扑），但现代多采用 四开关非反相 Buck-Boost。

典型特征

• 输出电压可高于、低于或等于输入电压

• 适合电池供电场景，为保证稳定输出而广泛使用

• 架构稍复杂，效率略低于 Buck 或 Boost

三、效率对比：Buck > Boost > Buck-Boost

DC-DC 转换器的效率与以下因素有关：

• 开关 MOSFET 的导通损耗与开关损耗

• 二极管或同步整流损耗

• 电感铜损与磁损

• 控制方式（PWM/PFM）

• 输入输出电压比

下面从实际工程角度比较典型效率范围：

工程结论：

• 降压时优先 Buck（最高效率）

• 升压时优先 Boost

• 输入电压可能低于或高于输出时，用 Buck-Boost（功能最强但损耗最高）

四、输出纹波对比：Buck 纹波最低

纹波的主要来源来自：

• 电感的电流纹波

• 输出电容的 ESR

• 开关频率

对比如下：

工程解决方案：

• Boost 或 Buck-Boost 必须选用更低 ESR 电容

• 可增加 π 型 LC 滤波

• 增加输出电容数量或提高电感值

五、典型应用场景对比

1. Buck：最常用的 DC-DC 转换器

典型应用：

• 手机、平板主板供电（降至 1.2–5V）

• 电脑主板 CPU/GPU 供电 VRM

• 工控设备、仪表的 24V → 5V/3.3V

• 电源适配器内部降压

选择理由：

• 最高效率

• 低纹波

• 噪声相对最小

2. Boost：电池升压与 LED 驱动的主力拓扑

典型应用：

• 单节锂电升压到 5V（移动电源、手持设备）

• 3.7V 升压到 12V/19V

• LED 恒流驱动电路

• 汽车电子中 12V 升至 48V 辅助电源

选择理由：

• 输出高于输入且结构简单

• 输入电流连续，适合 EMI 要求高的场景

3. Buck-Boost：输入电压波动范围很大时使用

尤其适合：

• 电池供电设备（电池电量可能高于或低于输出）

• 车载电子（12V 经常波动到 6–16V）

• IoT 网关、智能终端

• USB-PD 双向供电模块

选择 Buck-Boost 的最典型场景：

• 5V 稳压输出（输入可能在 2.7–5.5V）

• 3.3V 稳压输出（输入可能在 2–4.2V）

这类需求在移动设备中极其常见。

六、Boost、Buck 与 Buck-Boost 的工程选型建议

1. 优先 Buck，若不能满足再考虑 Boost 或 Buck-Boost

这符合电源工程师的常见原则：
能降压就不要升压，能升压就不要升降压。

原因是：

• Buck 效率最高、损耗最低

• Boost 较高但仍能接受

• Buck-Boost 损耗多、PCB 噪声高、设计复杂

2. 若输入与输出差距小，效率下降明显

例如：

• 5V 输入 → 4.2V 输出
  Buck MOS 导通损耗增加，效率可能低至 85%

• 3.7V 输入 → 5V 输出
  Boost 升压压力大，MOS 压降比例高

工程师通常会：

• 调整输出电压

• 选择同步整流方案

• 增加电感或提高开关频率

3. 对噪声敏感的应用优先选择 Buck

例如：

• 高速数字电路供电

• 射频（RF）前端

• 精密模拟信号处理

Buck 拓扑拥有最低的输出纹波与噪声。

七、总结：三种 DC-DC 拓扑的核心对比表

最终总结如下表方便快速决策：