Bryan Borres 和 Anthony Serqui?a

直通? mode 是一種控制器操作，使電源能夠直接連接到負載。直通模式用于降壓-升壓或升壓轉換器，以提高效率和電磁兼容性。1,2本文介紹了配備直通技術的控制器相對于其他控制器的優勢，以及直通模式如何延長儲能系統的使用壽命，特別是超級電容器的總工作時間。

介紹

延長電池壽命意味著提高系統性能、延長工作時間和降低成本。通常，實現這一目標的三種方法是改進電池技術、設計更好的設備和創新能源管理系統。改進電池技術包括為特定應用選擇合適的電池，并設計適當的電池管理系統來控制充電、調節溫度并最大限度地減少損耗。設計更好的設備涉及考慮高效的硬件組件和強大的固件，這兩者都是實現功能和壽命的最佳平衡所必需的。為了智能地優化能耗，可以利用最新的電源管理系統，該系統采用基于AI的算法、更新的拓撲結構和高效的轉換器控制方法，如直通模式和節能模式。

了解超級電容器

將超級電容器等儲能設備與電池一起使用可以使不同的用例受益。3優點包括快速充電和放電，以實現短時間的功率爆發、更長的使用壽命和更高的整體系統效率。例如，超級電容器非常適合快速存儲能量和提供備用電源。它們可以承受極端的溫度和條件。當與電池結合使用時，如電動汽車，超級電容器有助于提高性能并延長電池壽命。此外，超級電容器對環境更好。4

圖1.24 V超級電容器和鋰聚合物電池在0.5 A負載下的典型放電特性比較。

圖1顯示了超級電容器與電池的區別。在相同的額定電壓下，6芯0.1 Ah鋰聚合物電池具有電壓源的特性，因為它為其整個運行提供了更穩定的電壓。相反，當電流從2法拉超級電容器流向負載時，電壓線性下降。超級電容器的這種線性放電特性需要更高效的系統來轉換其能量。此時最好使用降壓-升壓轉換器的功能，因為它可以正確調節輸出電壓，無論輸入電壓是低于還是高于輸出電壓設置。

什么是直通模式？

直通技術是 寬輸入供電設備的基本 功能。與采用傳統控制（標準降壓-升壓控制器）的系統相比，它可以提高效率并延長儲能系統的使用壽命。當在預定義的電壓窗口下，輸入直接傳遞到輸出時，就會發生直通，就好像它像短路線一樣。直通技術 充當電源（如超級電容器） 和負載之間的 網絡，確保電壓調節在指定的可接受范圍內。它通過提供從電源到負載的直接路徑來確保設備盡可能高效地運行。直通模式是確保任何超級電容器供電設備的最佳效率的重要組成部分，因為它減少了超級電容器的加載/卸載周期，并改善了EMI和器件的整體性能。

直通模式如何延長儲能系統的使用壽命

4開關降壓-升壓轉換器中的直通模式根據指定的窗口設置提供從電源到輸出負載的直接路徑，如圖2所示。輸入直接傳遞到輸出。這通過消除開關損耗提高了指定直通窗口的效率，并且還提高了電磁兼容性，因為在直通模式下不會出現開關頻率。降壓-升壓轉換器中的直通模式提供了靈活性，因為它提供了設置與升壓輸出電壓不同的降壓輸出電壓的選項。這與只有一個標稱輸出電壓的典型降壓-升壓IC相反。當輸入電壓異常時，此功能還可以保護負載，如文章“以無開關噪聲和99.9%的效率保護和供電汽車電子系統”中所述。1直通技術是LT8210的一種工作模式，LT4是市場上唯一具有此功能的降壓-升壓控制器IC。有關直通模式功能的更多詳細信息，請參閱具有直通功能的<>開關降壓-升壓控制器消除開關噪聲一文。

圖2.具有直通模式的降壓-升壓轉換器電路圖。

要了解LT8210的直通模式操作，可以參考其數據手冊或演示板的效率曲線。圖3顯示了DC2814A-A演示板從4 V至24 V輸入電壓和10%至80%負載掃描時的效率曲線。該演示板利用LT8210，采用4 V至40 V輸入電壓供電，滿載電流為3 A，輸出電壓為8 V至16 V。 在直通模式下工作將在較重負載下將效率提高多達5%，在較輕負載（例如以降壓-升壓操作為基準時為17%電流負載時）的效率將提高10%。因此，在輕負載工作條件下，直通模式提供了顯著的改進。

值得注意的是，雖然LT8210的直通模式允許設置與降壓輸出電壓不同的升壓輸出電壓，但當輸入電壓接近輸出電壓設置時，會出現降壓-升壓區域。LT8210 中存在的這種降壓-升壓區域是由于降壓和升壓控制區域相對于一個電感電流調節的交集。

圖3.DC2814A-A 效率曲線。

要了解直通模式的應用效果，請考慮圖 4 中的系統。4開關降壓-升壓轉換器用作負載點轉換器的前置穩壓器，該轉換器也用作電機驅動器。雖然電源是24 V超級電容器，但直流電機需要9 V和0.3 A的輸入規格。降壓-升壓轉換器將利用直通模式或傳統的4開關降壓-升壓控制，工作在連續導通模式（CCM）。請注意，傳統的降壓-升壓控制沒有直通模式。它僅具有降壓、升壓和降壓-升壓操作，如圖3所示。

使用直通模式的系統將其升壓輸出電壓設置為12 V，而降壓輸出電壓設置為27 V。這允許超級電容器的啟動電壓在通帶限制內。5因此，系統將經歷24 V至12 V超級電容器電壓的直通模式。在此期間，效率達到99.9%。請注意，轉換器將經歷降壓-升壓模式，導致效率下降，然后進入升壓模式。另一方面，在傳統降壓-升壓控制下運行的系統已設置為在16 V的恒定輸出電壓下工作。這樣做是為了將輸出電壓設置在通帶限制設置的中點附近。

圖5.直通系統與傳統CCM操作的降壓-升壓轉換器的效率比較。

圖5顯示了兩個降壓-升壓轉換器在4.24 W時從2 V掃描至7 V時的效率比較，與傳統控制系統相比，直通模式將效率提高了22%至27%。為了進一步驗證這兩個系統的差異，使用ITECH的IT6010C-80-300的電池仿真器功能對其進行了測試。以下設置用于模擬運行時間至少為120秒的超級電容器響應：啟動電壓為24 V，結束電壓為0 V，電荷為0.005 Ah，內阻為0.01 mΩ。圖6顯示了兩個系統的波形。通道 1 是指電池仿真器電壓，通道 2 是指電機電壓，通道 3 是指電機電流。PassThru控制系統運行224秒，而傳統控制系統僅運行150秒。因此，觀察到使用直通模式的系統工作時間增加了49%。

圖6.超級電容器供電電機的總運行時間。

以下是使直通控制系統更高效的一些要點：

直通模式消除了降壓操作;

電池電壓在通帶內，如文章“兩級多輸出汽車LED驅動器架構”中所建議的5;和

它設計為在輕負載下工作，重點是開關損耗。

結論

直通技術是任何超級電容器供電設備中實現最佳性能的重要組件。與傳統（CCM 操作的降壓-升壓）控制系統相比，利用配備直通模式的 LT8210 同步降壓-升壓控制器可以極大地優化超級電容器供電型器件的效率。在我們的示例中，直通模式的效率提高了27%，并增加了整個系統的總運行時間，從而將儲能系統的運行時間延長了49%。

審核編輯：郭婷