輸入急跌，輸出不穩(wěn)，怎么辦？

這個題目是因為前一篇文章《如何響應超出范圍的沖擊？》所述問題而提出來的，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，時間持續(xù) 1ms  左右，由此導致輸出電壓跌落到最低 2.8V，后面的負載不能持續(xù)保持工作狀態(tài)，問題的實質(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)，這個問題應該怎么解決呢？
Buck 轉(zhuǎn)換器被使用在設備中，設備的使用者是人，當使用者能接受設備不能持續(xù)工作的現(xiàn)實時，這個問題就很好辦，啥都不用修改，只需對使用者做點培訓，讓其知道遇到這樣的狀況時要如何應對并實施就行了。這種解決方案可能會給使用者帶來短期或長期的負擔甚至是痛苦，在供應短缺的時代很容易行得通，到了供需平衡或是供應過剩的時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)的范圍時提出來的，對客戶服務的需求會比較大，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，既然已經(jīng)知道電壓跌落的事情必然會發(fā)生，只要在設計中加入一個電壓檢測電路，讓它在電壓跌落的第一時間將事件發(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間將系統(tǒng)狀態(tài)記錄下來并進入待機狀態(tài)，讓電源不正常期間繼續(xù)運行會出現(xiàn)危害的動作停下來，等到電源恢復以后再查詢到原來的狀態(tài)信息并重新進入，用戶的感受只是中斷一下而已，我自己所用的車機就是這樣工作的。采用這種解決方案的系統(tǒng)在電源不穩(wěn)定時的準確復位是非常重要的，所以你可能需要給自己的 CPU 配上帶有輸出延時功能的電壓檢測器，它們能在檢測到供電電壓低于某個閾值時輸出一個復位信號，這個信號會在供電恢復正常以后再持續(xù)一段時間才回到正常狀態(tài)，系統(tǒng)便從這一刻開始從一個預設的起點開始重新運行，只要在軟件中加入此前狀態(tài)的檢查功能并在確認是非正常中斷時回到原有的工作狀態(tài)就行了。這種帶有延時信號輸出的電壓檢測器又被稱為復位 IC（Reset IC），像 RT9801A/B、RT9816/7/8/9、RT9823、

RT9824C 和 RT9829 等型號的器件就具有這樣的功用，它們有的還帶有手動復位功能或是對多個電源的檢測能力，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，它們的電壓檢測閾值是用戶可調(diào)的，一個型號就可以滿足許多應用的需求。前面的兩種方法都是在容許輸出不穩(wěn)問題繼續(xù)存在的情況下可以采取的措施，但是總有一些應用是不容許斷電的，遇到這樣的需求時應該怎么辦呢？下面提供幾個可選的措施：

第一種，在輸入路徑上串聯(lián)一個由單向開關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仍然有足夠的電能供負載使用，整流的目的是要避免已經(jīng)儲存起來的電能在輸入電壓跌落時被反向吸走。單向開關的最簡單選擇就是二極管，它的插入會帶來一定的電壓降，系統(tǒng)的效率會有所降低，但是因為這個方案的成本最低，解決問題又最快，所以還是值得推薦，尤其是當你的系統(tǒng)已經(jīng)成形了的時候，做一個只有兩個元件的部件插入電源供應線上就解決了問題，現(xiàn)有的設計使用起來一點都不受影響，而問題又得到了解決。使用這種方法的時候要如何選擇參數(shù)呢？二極管的反向耐壓必須高于可能的最高輸入電壓，它的電流通過能力要大于系統(tǒng)的最大電流消耗；反向漏電這個參數(shù)并不重要，你可以隨意選擇；開關速度也不重要，所以不需要關心結(jié)電容的大小。符合這些要求的二極管比比皆是，選擇起來很容易。如果你在乎二極管所帶來的壓降，那就選用肖特基二極管吧，相信做電源的人手里都不會少，如果不在乎這個問題，整流用二極管也是可以的。電容的最佳選擇應該是電解電容，容量大，成本低，自發(fā)熱問題應該不存在（因為交流成分較少），環(huán)境溫度的影響倒是需要考慮進去。由于問題的發(fā)生地是在車上，所以采用車規(guī)電容應該是必要的。電容的容量倒是需要計算的，把輸入正常時的電壓和希望維持的最低電壓參數(shù)找到，同時又知道系統(tǒng)的消耗及電壓跌落的時長，再利用電容的儲能計算公式就可以把方程列出來找到答案。

第二種可選做法是對電壓跌落的反動，既然輸入會降低，將電壓升高以后再輸入即可，所以可加入一個升壓用的 Boost 電路。這種做法實際上是對前一種方法的完善，升壓電路隨時都可以工作，得到能量補充的電容電壓不會下跌，所以大電容就可以不用大來形容，帶來的效益是體積的縮減和供電的平穩(wěn)，而且擴大了可使用的電源電壓范圍，因為 Boost 并不在乎輸入電壓會有多低，即使只有 1V 也沒有關系，只要有電就行，而輸出電壓又可以根據(jù)需要來設定，滿足多高的需求都可以，即使輸入電壓長期處于低位也沒有關系，適應能力遠高于前一個方案，其效益就不能簡單地用成本來衡量了。使用此做法時應當以可能的最低輸入電壓為依據(jù)進行元件參數(shù)的計算，因為那是它的工作電流最大的時候。

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，用在這里時要避開可能會跌落到 3V 的輸入端，接到 12V 的輸出端比較好。RT8525D 的過壓保護、故障狀態(tài)指示等功能是根據(jù)應用的需求而設的，不需要的應用可以把它們屏蔽掉，這樣做對其 Boost 功能并無影響，電路卻可以變得簡潔，讀者可以靈活應用。
將 Boost 轉(zhuǎn)換器安置在 Buck 的前面解決了電壓波動的問題，但是環(huán)節(jié)的增多帶來的是設計的復雜化，效率上也有損失，因為每一個轉(zhuǎn)換過程都會有損耗，所以最好的做法是當輸入電壓高于輸出電壓時用降壓的方法、當輸入電壓低于輸出電壓時用升壓的方法，這就導致了 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：

當輸入電壓低于輸出電壓時，QD 持續(xù)導通，QC 持續(xù)截止，QB、QA 輪流導通/截止以實現(xiàn) Boost 電路的功能；當輸入電壓高于輸出電壓時，QA 持續(xù)導通，QB 持續(xù)截止，QD、QC 輪流導通/截止以實現(xiàn) Buck 電路的功能。控制系統(tǒng)的作用就是對輸入、輸出電壓進行檢測比較并實施上述轉(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)換問題，所以立锜的產(chǎn)品設計都是針對相關應用的高集成度產(chǎn)品，用在這里也可以，就是有點殺雞用牛刀的感覺，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)也是實現(xiàn)自動升降壓的一個可行選擇，利用前面介紹的Boost 電路就可以實施，電路會使用兩只電感和一只電容與主開關、二極管配合工作，器件的參數(shù)計算會相對復雜些，效率也不會很好，負載能力通常也不會很大，這里就不再繼續(xù)深入了，等有需求時再來探討。
這里根據(jù)現(xiàn)實中的問題提出了一些解決辦法，每一種都有其獨特的優(yōu)勢和劣勢，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題者所處的環(huán)境及其取向，無論選擇哪一種，只要自己能滿意便好，所有的建議僅供參考。