【导读】在复杂的电子系统设计中，工程师经常面临一个挑战：如何为工作电压范围严苛的负载，提供波动剧烈的输入电压？例如在工业24V系统中，尽管标称电压为24V，实际运行中可能骤升至38V或跌至15V，远超普通负载的耐受范围。传统升压或降压-升压稳压器虽能解决电压转换问题，但在特定工况下仍存在效率瓶颈和电磁干扰(EMI)挑战。
在复杂的电子系统设计中，工程师经常面临一个挑战：如何为工作电压范围严苛的负载，提供波动剧烈的输入电压？例如在工业24V系统中，尽管标称电压为24V，实际运行中可能骤升至38V或跌至15V，远超普通负载的耐受范围。传统升压或降压-升压稳压器虽能解决电压转换问题，但在特定工况下仍存在效率瓶颈和电磁干扰(EMI)挑战。
直通模式：电源架构的智能优化
直通模式是一种创新的电源管理策略，其核心思想是：当输入电压处于负载可安全工作的范围内时，通过内部控制逻辑绕过开关转换电路，使输入电源直接为负载供电。
以ADI公司的LT8210降压-升压控制器为例，在直通模式下，其H桥架构的两个高端开关保持常开状态，而两个低端开关则完全关闭。这种配置形成了从输入到输出的直接通路，理论上可实现接近100%的能量传输效率。实测数据显示，在此模式下系统的开关损耗几乎为零，这对于电池供电设备意味着显著的续航提升。
图1. 系统中负载的可允许电压范围小于电源的可能电压范围。
升压转换器中的直通技术应用
直通模式不仅适用于降压-升压架构，在升压转换器中同样具有重要价值。传统升压稳压器中，当输入电压高于设定输出电压时，能量通过电感和反激二极管传递至输出端。然而，二极管的正向压降会导致不必要的功率损耗。
采用Silent Switcher技术的LT8337升压稳压器通过集成直通模式解决了这一问题。在直通状态下，其高端MOSFET主动开启，替代了二极管的作用，有效降低了导通压降。实测数据显示，这种设计可将相关路径的效率提升3-5%。同时，该芯片在直通模式下会将静态电流降至仅15μA，极大降低了系统的待机功耗。
图2. 配有直通模式的LT8210降压-升压稳压器，用于在标准操作中传送电压。
实际应用中的性能优势
在实际工业应用中，配备直通模式的电源解决方案展现出多重优势：
效率提升：在输入电压适合直接供电的工况下，系统效率可从常规模式的85-95%提升至99%以上。例如，在12V系统中，当输入电压稳定在12V±5%范围内时，直通模式可降低约40%的总功率损耗。
EMC性能改善：由于避免了开关操作，电源系统产生的电磁辐射显著降低。测试表明，在直通模式下，电路的高频噪声分量可降低10-15dB，极大简化了系统EMC设计难度。
热管理优化：消除了开关损耗意味着电源芯片的温升显著改善。在相同负载条件下，采用直通模式的芯片表面温度可比传统模式低20-30°C。
图3. 采用Silent Switcher技术的LT8337升压稳压器，也提供直通模式。
工程应用考量
尽管直通模式优势明显，工程师在设计时仍需注意其特性：在直通模式下，输出电压将跟随输入电压波动，不再进行精确稳压。因此，必须确保负载能够承受设定阈值范围内的电压变化。合理设置直通模式的启用电压窗口至关重要，这需要精确分析负载的电压容限和系统的实际工况。
结论
直通模式代表了电源管理技术的一次重要演进，它通过智能地绕过不必要的能量转换环节，为宽输入电压系统提供了优化解决方案。随着LT8210、LT8337等支持该技术的器件问世，工程师现在能够设计出效率更高、EMI特性更佳、热性能更优的电源系统，特别是在工业控制、汽车电子和便携设备等对能效和可靠性要求严苛的领域，这项技术正展现出其独特的价值。
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