輸入急跌，輸出不穩(wěn)，怎么辦？

這個(gè)題目是因?yàn)榍耙黄恼隆度绾雾憫?yīng)超出范圍的沖擊？》所述問(wèn)題而提出來(lái)的，先看波形回顧一下現(xiàn)象：

Buck 轉(zhuǎn)換器的輸入電壓從 12V 跌落到最低 3V 左右，時(shí)間持續(xù) 1ms  左右，由此導(dǎo)致輸出電壓跌落到最低 2.8V，后面的負(fù)載不能持續(xù)保持工作狀態(tài)，問(wèn)題的實(shí)質(zhì)是輸入電壓太低了，Buck 轉(zhuǎn)換器即使全力工作也不能維持輸出電壓的穩(wěn)定，甚至改變了工作狀態(tài)，這個(gè)問(wèn)題應(yīng)該怎么解決呢？
Buck 轉(zhuǎn)換器被使用在設(shè)備中，設(shè)備的使用者是人，當(dāng)使用者能接受設(shè)備不能持續(xù)工作的現(xiàn)實(shí)時(shí)，這個(gè)問(wèn)題就很好辦，啥都不用修改，只需對(duì)使用者做點(diǎn)培訓(xùn)，讓其知道遇到這樣的狀況時(shí)要如何應(yīng)對(duì)并實(shí)施就行了。這種解決方案可能會(huì)給使用者帶來(lái)短期或長(zhǎng)期的負(fù)擔(dān)甚至是痛苦，在供應(yīng)短缺的時(shí)代很容易行得通，到了供需平衡或是供應(yīng)過(guò)剩的時(shí)代可能就不容易被接受了。這種解決方案是將系統(tǒng)的概念放大到包含使用者在內(nèi)的范圍時(shí)提出來(lái)的，對(duì)客戶(hù)服務(wù)的需求會(huì)比較大，常常是不得已而為之的。

第二種解決辦法在前面那篇文章里已經(jīng)提到過(guò)，既然已經(jīng)知道電壓跌落的事情必然會(huì)發(fā)生，只要在設(shè)計(jì)中加入一個(gè)電壓檢測(cè)電路，讓它在電壓跌落的第一時(shí)間將事件發(fā)生的消息提供給系統(tǒng)處理器，系統(tǒng)處理器利用 Buck 轉(zhuǎn)換器的輸出還能維持的一段時(shí)間將系統(tǒng)狀態(tài)記錄下來(lái)并進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，讓電源不正常期間繼續(xù)運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)危害的動(dòng)作停下來(lái)，等到電源恢復(fù)以后再查詢(xún)到原來(lái)的狀態(tài)信息并重新進(jìn)入，用戶(hù)的感受只是中斷一下而已，我自己所用的車(chē)機(jī)就是這樣工作的。采用這種解決方案的系統(tǒng)在電源不穩(wěn)定時(shí)的準(zhǔn)確復(fù)位是非常重要的，所以你可能需要給自己的 CPU 配上帶有輸出延時(shí)功能的電壓檢測(cè)器，它們能在檢測(cè)到供電電壓低于某個(gè)閾值時(shí)輸出一個(gè)復(fù)位信號(hào)，這個(gè)信號(hào)會(huì)在供電恢復(fù)正常以后再持續(xù)一段時(shí)間才回到正常狀態(tài)，系統(tǒng)便從這一刻開(kāi)始從一個(gè)預(yù)設(shè)的起點(diǎn)開(kāi)始重新運(yùn)行，只要在軟件中加入此前狀態(tài)的檢查功能并在確認(rèn)是非正常中斷時(shí)回到原有的工作狀態(tài)就行了。這種帶有延時(shí)信號(hào)輸出的電壓檢測(cè)器又被稱(chēng)為復(fù)位 IC（Reset IC），像 RT9801A/B、RT9816/7/8/9、RT9823、

RT9824C 和 RT9829 等型號(hào)的器件就具有這樣的功用，它們有的還帶有手動(dòng)復(fù)位功能或是對(duì)多個(gè)電源的檢測(cè)能力，有需要的讀者可以參考一下，其中給我留下最深印象的是 RT9801A/B，它們的電壓檢測(cè)閾值是用戶(hù)可調(diào)的，一個(gè)型號(hào)就可以滿(mǎn)足許多應(yīng)用的需求。前面的兩種方法都是在容許輸出不穩(wěn)問(wèn)題繼續(xù)存在的情況下可以采取的措施，但是總有一些應(yīng)用是不容許斷電的，遇到這樣的需求時(shí)應(yīng)該怎么辦呢？下面提供幾個(gè)可選的措施：

第一種，在輸入路徑上串聯(lián)一個(gè)由單向開(kāi)關(guān)和大電容組成的整流蓄能環(huán)節(jié)。蓄能的目的是要確保輸入電壓跌落時(shí)仍然有足夠的電能供負(fù)載使用，整流的目的是要避免已經(jīng)儲(chǔ)存起來(lái)的電能在輸入電壓跌落時(shí)被反向吸走。單向開(kāi)關(guān)的最簡(jiǎn)單選擇就是二極管，它的插入會(huì)帶來(lái)一定的電壓降，系統(tǒng)的效率會(huì)有所降低，但是因?yàn)檫@個(gè)方案的成本最低，解決問(wèn)題又最快，所以還是值得推薦，尤其是當(dāng)你的系統(tǒng)已經(jīng)成形了的時(shí)候，做一個(gè)只有兩個(gè)元件的部件插入電源供應(yīng)線(xiàn)上就解決了問(wèn)題，現(xiàn)有的設(shè)計(jì)使用起來(lái)一點(diǎn)都不受影響，而問(wèn)題又得到了解決。使用這種方法的時(shí)候要如何選擇參數(shù)呢？二極管的反向耐壓必須高于可能的最高輸入電壓，它的電流通過(guò)能力要大于系統(tǒng)的最大電流消耗；反向漏電這個(gè)參數(shù)并不重要，你可以隨意選擇；開(kāi)關(guān)速度也不重要，所以不需要關(guān)心結(jié)電容的大小。符合這些要求的二極管比比皆是，選擇起來(lái)很容易。如果你在乎二極管所帶來(lái)的壓降，那就選用肖特基二極管吧，相信做電源的人手里都不會(huì)少，如果不在乎這個(gè)問(wèn)題，整流用二極管也是可以的。電容的最佳選擇應(yīng)該是電解電容，容量大，成本低，自發(fā)熱問(wèn)題應(yīng)該不存在（因?yàn)榻涣鞒煞州^少），環(huán)境溫度的影響倒是需要考慮進(jìn)去。由于問(wèn)題的發(fā)生地是在車(chē)上，所以采用車(chē)規(guī)電容應(yīng)該是必要的。電容的容量倒是需要計(jì)算的，把輸入正常時(shí)的電壓和希望維持的最低電壓參數(shù)找到，同時(shí)又知道系統(tǒng)的消耗及電壓跌落的時(shí)長(zhǎng)，再利用電容的儲(chǔ)能計(jì)算公式就可以把方程列出來(lái)找到答案。

第二種可選做法是對(duì)電壓跌落的反動(dòng)，既然輸入會(huì)降低，將電壓升高以后再輸入即可，所以可加入一個(gè)升壓用的 Boost 電路。這種做法實(shí)際上是對(duì)前一種方法的完善，升壓電路隨時(shí)都可以工作，得到能量補(bǔ)充的電容電壓不會(huì)下跌，所以大電容就可以不用大來(lái)形容，帶來(lái)的效益是體積的縮減和供電的平穩(wěn)，而且擴(kuò)大了可使用的電源電壓范圍，因?yàn)?Boost 并不在乎輸入電壓會(huì)有多低，即使只有 1V 也沒(méi)有關(guān)系，只要有電就行，而輸出電壓又可以根據(jù)需要來(lái)設(shè)定，滿(mǎn)足多高的需求都可以，即使輸入電壓長(zhǎng)期處于低位也沒(méi)有關(guān)系，適應(yīng)能力遠(yuǎn)高于前一個(gè)方案，其效益就不能簡(jiǎn)單地用成本來(lái)衡量了。使用此做法時(shí)應(yīng)當(dāng)以可能的最低輸入電壓為依據(jù)進(jìn)行元件參數(shù)的計(jì)算，因?yàn)槟鞘撬墓ぷ麟娏髯畲蟮臅r(shí)候。

RT8525D 可以被使用在這樣的解決方案中，它的供電端 VIN 的可用電壓范圍為 4.5V~25V，用在這里時(shí)要避開(kāi)可能會(huì)跌落到 3V 的輸入端，接到 12V 的輸出端比較好。RT8525D 的過(guò)壓保護(hù)、故障狀態(tài)指示等功能是根據(jù)應(yīng)用的需求而設(shè)的，不需要的應(yīng)用可以把它們屏蔽掉，這樣做對(duì)其 Boost 功能并無(wú)影響，電路卻可以變得簡(jiǎn)潔，讀者可以靈活應(yīng)用。
將 Boost 轉(zhuǎn)換器安置在 Buck 的前面解決了電壓波動(dòng)的問(wèn)題，但是環(huán)節(jié)的增多帶來(lái)的是設(shè)計(jì)的復(fù)雜化，效率上也有損失，因?yàn)槊恳粋€(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程都會(huì)有損耗，所以最好的做法是當(dāng)輸入電壓高于輸出電壓時(shí)用降壓的方法、當(dāng)輸入電壓低于輸出電壓時(shí)用升壓的方法，這就導(dǎo)致了 Buck-Boost 架構(gòu)的提出，其核心電路部分如下圖中的 QA、QB、QC、QD 和 L1 所示：

當(dāng)輸入電壓低于輸出電壓時(shí)，QD 持續(xù)導(dǎo)通，QC 持續(xù)截止，QB、QA 輪流導(dǎo)通/截止以實(shí)現(xiàn) Boost 電路的功能；當(dāng)輸入電壓高于輸出電壓時(shí)，QA 持續(xù)導(dǎo)通，QB 持續(xù)截止，QD、QC 輪流導(dǎo)通/截止以實(shí)現(xiàn) Buck 電路的功能。控制系統(tǒng)的作用就是對(duì)輸入、輸出電壓進(jìn)行檢測(cè)比較并實(shí)施上述轉(zhuǎn)換功能，在任何情況下都能維持輸出電壓的穩(wěn)定，但是任何時(shí)候都只有一次轉(zhuǎn)換，保證了轉(zhuǎn)換效率的最大化。由于目前很火的 USB PD 協(xié)議的應(yīng)用支持很寬的輸入、輸出電壓范圍，還要考慮供需角色的轉(zhuǎn)換問(wèn)題，所以立锜的產(chǎn)品設(shè)計(jì)都是針對(duì)相關(guān)應(yīng)用的高集成度產(chǎn)品，用在這里也可以，就是有點(diǎn)殺雞用牛刀的感覺(jué)，所以在這里不做推薦，有需要的可以給我留言，我們另外再做介紹。
SEPIC 架構(gòu)也是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)升降壓的一個(gè)可行選擇，利用前面介紹的Boost 電路就可以實(shí)施，電路會(huì)使用兩只電感和一只電容與主開(kāi)關(guān)、二極管配合工作，器件的參數(shù)計(jì)算會(huì)相對(duì)復(fù)雜些，效率也不會(huì)很好，負(fù)載能力通常也不會(huì)很大，這里就不再繼續(xù)深入了，等有需求時(shí)再來(lái)探討。
這里根據(jù)現(xiàn)實(shí)中的問(wèn)題提出了一些解決辦法，每一種都有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，而且再多想想也還能找到其他解決辦法，具體的選擇取決于遇到問(wèn)題者所處的環(huán)境及其取向，無(wú)論選擇哪一種，只要自己能滿(mǎn)意便好，所有的建議僅供參考。