使用降壓-升壓穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)直通操作

本文介紹在電路的輸入電壓過高或過低而無法為負(fù)載供電時(shí)，配備PassThru（直通）模式的特殊轉(zhuǎn)換器如何發(fā)揮作用。本文將通過示例，說明如何使用配備直通模式的降壓-升壓穩(wěn)壓器和升壓穩(wěn)壓器來提高供電效率和改善EMC性能。

在某些應(yīng)用中，現(xiàn)有的電源電壓可以直接驅(qū)動負(fù)載，無需使用額外的電壓轉(zhuǎn)換器。有時(shí)候，當(dāng)操作狀態(tài)出現(xiàn)異常時(shí)，電源電壓可能過高或過低，無法直接為負(fù)載供電。在這些情況下，可以使用針對這種操作優(yōu)化的特殊電壓轉(zhuǎn)換器。例如，工業(yè)24 V系統(tǒng)就是這樣一種應(yīng)用。我們假設(shè)負(fù)載需要24 V電源電壓，但是可用的24 V輸入電壓有時(shí)候會升高到38 V，或者降低到15 V，超出負(fù)載可允許的電源電壓范圍。對于這些應(yīng)用，可以使用典型的升壓穩(wěn)壓器或降壓-升壓穩(wěn)壓器。

圖1所示為這類應(yīng)用的系統(tǒng)示意圖。便攜式無線電設(shè)備由電池提供電壓。負(fù)載可以接受介于10 V和14 V之間的電壓，但電壓源的輸出范圍可能為8 V至16 V。那么內(nèi)插的降壓-升壓穩(wěn)壓器可以在輸出端將電壓轉(zhuǎn)換為12 V。如果電源電壓略低于12 V，轉(zhuǎn)換器采用升壓模式工作，如果電源電壓高于12 V，則采用降壓模式工作。

圖1. 系統(tǒng)中負(fù)載的可允許電壓范圍小于電源的可能電壓范圍。

諸如圖1所示的系統(tǒng)運(yùn)行良好，但仍然還有改善的空間。如果電壓源的電壓大部分時(shí)間可以直接為負(fù)載供電，那么可以在直通模式下使用降壓-升壓穩(wěn)壓器。此時(shí)，在電源設(shè)計(jì)人員定義的輸入電壓范圍內(nèi)，輸入電壓將直接傳送至降壓-升壓穩(wěn)壓器的輸出端。這種操作的優(yōu)勢在于不會產(chǎn)生任何形式的開關(guān)損耗，且電路效率非常高。此外，由于在這種操作模式下不會產(chǎn)生電流脈沖，電路工作時(shí)產(chǎn)生的電磁輻射量極低。

圖2所示為配有直通模式的新 LT8210降壓-升壓控制器電路的功率級。在這種模式下，H橋的兩個(gè)高端開關(guān)永久開啟，兩個(gè)低端開關(guān)永久關(guān)閉。通過這種方式，根據(jù)電流和電壓情況，可以實(shí)現(xiàn)近乎100%的效率。

圖2. 配有直通模式的LT8210降壓-升壓穩(wěn)壓器，用于在標(biāo)準(zhǔn)操作中傳送電壓。

除了降壓-升壓解決方案(LT8210)，升壓穩(wěn)壓器也支持直通模式。ADI公司新推出的 LT8337Silent Switcher升壓穩(wěn)壓器本身集成了直通模式。圖3展示了LT8337升壓轉(zhuǎn)換器背后的這一概念。啟用直通模式時(shí)，高端開關(guān)永久開啟，低端開關(guān)永久關(guān)閉。

圖3. 采用Silent Switcher技術(shù)的LT8337升壓穩(wěn)壓器，也提供直通模式。

在升壓穩(wěn)壓器中，高端開關(guān)通常通過反激式二極管執(zhí)行。這樣一來，在設(shè)置的輸出電壓之上增加的穩(wěn)壓器電源電壓會自動通過電感和反激式二極管。但是，專用的直通模式可以通過主動開啟高端MOSFET，幫助有效降低二極管的電壓壓降。直通模式還負(fù)責(zé)關(guān)閉LT8337的所有不必要功能。因此，IC本身的電流消耗可能僅達(dá)到15 μA。這對電池供電的應(yīng)用尤其效果顯著。

直通模式可以提高電源的效率，并改善EMC性能。對于可用的電源電壓通常在負(fù)載的可允許電壓范圍內(nèi)的應(yīng)用，這些優(yōu)勢的作用尤其明顯。但是，用戶還必須清楚，在直通模式下，不會在定義的電壓閾值范圍內(nèi)發(fā)生輸出電壓調(diào)節(jié)，雖然在許多應(yīng)用中并不需要進(jìn)行這種調(diào)節(jié)。