【導讀】在復雜的電子系統(tǒng)設計中，工程師經(jīng)常面臨一個挑戰(zhàn)：如何為工作電壓范圍嚴苛的負載，提供波動劇烈的輸入電壓？例如在工業(yè)24V系統(tǒng)中，盡管標稱電壓為24V，實際運行中可能驟升至38V或跌至15V，遠超普通負載的耐受范圍。傳統(tǒng)升壓或降壓-升壓穩(wěn)壓器雖能解決電壓轉換問題，但在特定工況下仍存在效率瓶頸和電磁干擾(EMI)挑戰(zhàn)。
在復雜的電子系統(tǒng)設計中，工程師經(jīng)常面臨一個挑戰(zhàn)：如何為工作電壓范圍嚴苛的負載，提供波動劇烈的輸入電壓？例如在工業(yè)24V系統(tǒng)中，盡管標稱電壓為24V，實際運行中可能驟升至38V或跌至15V，遠超普通負載的耐受范圍。傳統(tǒng)升壓或降壓-升壓穩(wěn)壓器雖能解決電壓轉換問題，但在特定工況下仍存在效率瓶頸和電磁干擾(EMI)挑戰(zhàn)。
直通模式：電源架構的智能優(yōu)化
直通模式是一種創(chuàng)新的電源管理策略，其核心思想是：當輸入電壓處于負載可安全工作的范圍內時，通過內部控制邏輯繞過開關轉換電路，使輸入電源直接為負載供電。
以ADI公司的LT8210降壓-升壓控制器為例，在直通模式下，其H橋架構的兩個高端開關保持常開狀態(tài)，而兩個低端開關則完全關閉。這種配置形成了從輸入到輸出的直接通路，理論上可實現(xiàn)接近100%的能量傳輸效率。實測數(shù)據(jù)顯示，在此模式下系統(tǒng)的開關損耗幾乎為零，這對于電池供電設備意味著顯著的續(xù)航提升。
圖1. 系統(tǒng)中負載的可允許電壓范圍小于電源的可能電壓范圍。
升壓轉換器中的直通技術應用
直通模式不僅適用于降壓-升壓架構，在升壓轉換器中同樣具有重要價值。傳統(tǒng)升壓穩(wěn)壓器中，當輸入電壓高于設定輸出電壓時，能量通過電感和反激二極管傳遞至輸出端。然而，二極管的正向壓降會導致不必要的功率損耗。
采用Silent Switcher技術的LT8337升壓穩(wěn)壓器通過集成直通模式解決了這一問題。在直通狀態(tài)下，其高端MOSFET主動開啟，替代了二極管的作用，有效降低了導通壓降。實測數(shù)據(jù)顯示，這種設計可將相關路徑的效率提升3-5%。同時，該芯片在直通模式下會將靜態(tài)電流降至僅15μA，極大降低了系統(tǒng)的待機功耗。
圖2. 配有直通模式的LT8210降壓-升壓穩(wěn)壓器，用于在標準操作中傳送電壓。
實際應用中的性能優(yōu)勢
在實際工業(yè)應用中，配備直通模式的電源解決方案展現(xiàn)出多重優(yōu)勢：
效率提升：在輸入電壓適合直接供電的工況下，系統(tǒng)效率可從常規(guī)模式的85-95%提升至99%以上。例如，在12V系統(tǒng)中，當輸入電壓穩(wěn)定在12V±5%范圍內時，直通模式可降低約40%的總功率損耗。
EMC性能改善：由于避免了開關操作，電源系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁輻射顯著降低。測試表明，在直通模式下，電路的高頻噪聲分量可降低10-15dB，極大簡化了系統(tǒng)EMC設計難度。
熱管理優(yōu)化：消除了開關損耗意味著電源芯片的溫升顯著改善。在相同負載條件下，采用直通模式的芯片表面溫度可比傳統(tǒng)模式低20-30°C。
圖3. 采用Silent Switcher技術的LT8337升壓穩(wěn)壓器，也提供直通模式。
工程應用考量
盡管直通模式優(yōu)勢明顯，工程師在設計時仍需注意其特性：在直通模式下，輸出電壓將跟隨輸入電壓波動，不再進行精確穩(wěn)壓。因此，必須確保負載能夠承受設定閾值范圍內的電壓變化。合理設置直通模式的啟用電壓窗口至關重要，這需要精確分析負載的電壓容限和系統(tǒng)的實際工況。
結論
直通模式代表了電源管理技術的一次重要演進，它通過智能地繞過不必要的能量轉換環(huán)節(jié)，為寬輸入電壓系統(tǒng)提供了優(yōu)化解決方案。隨著LT8210、LT8337等支持該技術的器件問世，工程師現(xiàn)在能夠設計出效率更高、EMI特性更佳、熱性能更優(yōu)的電源系統(tǒng)，特別是在工業(yè)控制、汽車電子和便攜設備等對能效和可靠性要求嚴苛的領域，這項技術正展現(xiàn)出其獨特的價值。
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