【導讀】PassThru™模式是一種控製器工作模式，能夠讓電源直接連接到負載。PassThru模式用於降壓-升壓或升壓轉換器中，以提高效率和電磁兼容性^1,2。本文介紹了采用PassThru技術的控製器相比其他控製器的優勢
，以及PassThru模式如何延長儲能係統的使用壽命，特別是超級電容的總運行時間。

簡介

延長電池的使用壽命
，意味著儲能係統性能更強、運行時間更長、成本更低。通常有三種方法可以延長電池壽命：改進電池技術，設計更優良的器件，以及提供創新的能源管理係統。改進電池技術包括：為特定應用選擇合適的電池，以及設計適當的電池管理係統來控製充電、調(tiao)節(jie)溫(wen)度(du)並(bing)充(chong)分(fen)降(jiang)低(di)功(gong)耗(hao)。設(she)計(ji)更(geng)優(you)良(liang)的(de)器(qi)件(jian)需(xu)要(yao)考(kao)慮(lv)高(gao)效(xiao)的(de)硬(ying)件(jian)元(yuan)件(jian)和(he)穩(wen)健(jian)的(de)固(gu)件(jian)，這(zhe)兩(liang)者(zhe)對(dui)於(yu)更(geng)好(hao)地(di)兼(jian)顧(gu)功(gong)能(neng)和(he)壽(shou)命(ming)指(zhi)標(biao)都(dou)是(shi)必(bi)不(bu)可(ke)少(shao)的(de)。為(wei)了(le)以(yi)智(zhi)能(neng)方(fang)式(shi)實(shi)現(xian)能(neng)耗(hao)優(you)化(hua)，可(ke)以(yi)利(li)用(yong)最(zui)新(xin)的(de)電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)係(xi)統(tong)，這(zhe)些(xie)係(xi)統(tong)采(cai)用(yong)基(ji)於(yu)AI的算法、新型拓撲結構和高效的轉換器控製方法，例如PassThru模式和省電模式。

了解超級電容

將超級電容等儲能器件與電池一起使用
，可以使多種不同的應用場景受益³。超級電容的優勢包括：支zhi持chi短duan時shi突tu發fa功gong率lv的de快kuai速su充chong電dian和he放fang電dian，更geng長chang的de使shi用yong壽shou命ming，以yi及ji更geng高gao的de整zheng體ti係xi統tong效xiao率lv。例li如ru
，超chao級ji電dian容rong非fei常chang適shi合he快kuai速su儲chu存cun能neng量liang和he提ti供gong備bei用yong電dian源yuan。超chao級ji電dian容rong可ke以yi承cheng受shou極ji端duan溫wen度du環huan境jing條tiao件jian。與yu電dian池chi配pei合he使shi用yong時shi（例如在電動汽車中），超級電容有助於提高性能並延長電池壽命。此外，超級電容對環境更友好⁴。

圖1.24 V超級電容和鋰聚合物電池在0.5 A負載下的典型放電特性比較。

圖1顯示了超級電容與電池的不同之處。在相同額定電壓下，6芯0.1Ah鋰聚合物電池表現出電壓源的特性，在整個運行期間能提供更穩定的電壓。相比之下，當電流從2F超級電容流向負載時，電壓線性下降。超級電容的這種線性放電特性需要更高效的係統來轉換其能量。在這種場景下更適合使用降壓-升壓轉換器功能，因為無論輸入電壓是低於還是高於設定好的輸出電壓，該轉換器都能適當地調節並維持輸出電壓穩定。

什麼是PassThru模式
？

PassThru技術是寬輸入供電器件的基本特性。與采用傳統控製方式（標準降壓-升壓控製器）的係統相比，它可以提高效率並延長儲能係統的使用壽命。直通(Passthrough)是指在預定義的電壓窗口，輸入直接傳遞到輸出
，好像發生了短路一樣。PassThru技術充當電源（例如超級電容）與負載之間的網絡，確保電壓在指定的可接受範圍內調節。它提供從電源到負載的直通路徑，以確保器件盡可能高效地運行。PassThru模式是確保超級電容供電的器件實現優化效率的重要手段
，因為它能減少超級電容的加載/卸載循環

，並改善器件的EMI和整體性能。

PassThru模式如何延長儲能係統壽命

四開關降壓-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通路徑，如圖2所示。輸入直接傳遞到輸出。這樣可消除開關損耗，從而提高指定PassThru窗口的效率，並且它還提高了電磁兼容性，因為在PassThru模式下不會出現開關頻率。降壓-升(sheng)壓(ya)轉(zhuan)換(huan)器(qi)中(zhong)的(de)直(zhi)通(tong)模(mo)式(shi)可(ke)提(ti)供(gong)靈(ling)活(huo)性(xing)，因(yin)為(wei)它(ta)允(yun)許(xu)設(she)置(zhi)與(yu)升(sheng)壓(ya)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)不(bu)同(tong)的(de)降(jiang)壓(ya)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)。這(zhe)與(yu)隻(zhi)提(ti)供(gong)一(yi)個(ge)標(biao)稱(cheng)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)的(de)典(dian)型(xing)降(jiang)壓(ya)-升壓IC相反。當輸入電壓表現異常時，此特性還能保護負載，具體說明參見文章“為汽車電子係統提供保護和供電

，無開關噪聲
，效率高達99.9%”¹。PassThru技術是LT8210的一種工作模式，該器件是市場上唯一具有此功能的降壓-升壓控製器IC。有關PassThru模式功能的更多詳細信息
，參見文章“具有PassThru功能的四開關降壓-升壓控製器可消除開關噪聲”。

圖2.具有PassThru模式的降壓-升壓轉換器電路圖。

欲了解LT8210的PassThru工作模式，可以參閱其數據手冊或演示板的效率曲線。圖3顯示了DC2814A-A演示板在4 V至24 V輸入電壓和10%至80%負載下的效率曲線。該演示板采用LT8210，輸入電壓範圍為4 V至40 V，滿載電流為3 A
，輸出電壓為8 V至16 V。相對於降壓-升壓操作，在PassThru模式下工作會使較高負載下的效率提升多達5%，較輕負載（例如10%電流負載）下的效率提升多達17%。因此
，在輕負載運行條件下，PassThru模式實現了顯著的性能改進。

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，但當輸入電壓在輸出電壓設置值附近時，仍會出現降壓-升壓區域。LT8210中出現該降壓-升壓區域的原因在於，相對於一個電感電流調節的降壓和升壓控製區域存在交集。

圖3.DC2814A-A效率曲線。

為了解PassThru模式的應用效果，我們來看圖4中的係統。四開關降壓-升壓轉換器用作負載點轉換器的前置穩壓器，負載點轉換器也用作電機驅動器。雖然電源是24 V超級電容，但直流電機需要9 V輸入電壓和0.3 A輸入電流。降壓-升壓轉換器將采用PassThru模式，或采用傳統四開關降壓-升壓控製器在連續導通模式(CCM)下運行。請注意，傳統降壓-升壓控製沒有PassThru模式。它隻有降壓

、升壓和降壓-升壓操作，如圖3所示。

使用PassThru模式的係統將其升壓輸出電壓設置為12 V
，降壓輸出電壓設置為27 V。這樣
，超級電容的啟動電壓就可以在通帶限值以內⁵。因此，從24 V到12 V超級電容電壓
，係統將經曆PassThru模式。在此期間
，效率達到99.9%。請注意，轉換器將經曆降壓-升壓模式
，導致效率驟降，然後進入升壓模式。另一方麵

，在傳統降壓-升壓控製方式下運行的係統則設置為以16 V的恒定輸出電壓運行。這樣做是為了將輸出電壓設置在通帶限值設置的中點附近。

圖4.超級電容供電的電機框圖。

圖5.支持PassThru模式的係統與傳統CCM模式下運行的降壓-升壓轉換器的效率比較。

圖5顯示了兩個降壓-升壓轉換器的效率比較，電壓從4 V到24 V，功率為2.7 W。與傳統控製方式的係統相比
，PassThru模式使效率提升了22%至27%。為了進一步驗證兩個係統的差異，利用ITECH IT6010C-80-300的電池仿真器功能對其進行了測試。使用以下設置來仿真超級電容響應
，運行時間至少120秒：起始電壓為24 V
，結束電壓為0 V
，電荷為0.005 Ah，內阻為0.01 mΩ。圖6顯示了兩個係統的波形。通道1指示電池仿真器電壓，通道2指示電機電壓
，通道3指示電機電流。PassThru模式控製的係統運行了224秒，而傳統控製方式的係統僅運行了150秒。因此，我們觀察到采用PassThru模式的係統運行時間增加了49%。

圖6.超級電容供電電機的總運行時間。

以下是使PassThru模式控製的係統效率更高的一些原因：

►PassThru模式消除了降壓操作；

►電池電壓在文章“兩級多輸出汽車LED驅動器架構”⁵所推薦的通帶以內
；以及

►它設計為在輕負載下運行
，側重於降低開關損耗。

結論

PassThru技術是超級電容供電的器件實現優化性能的重要手段。與傳統（CCM模式下降壓-升壓）控製方式的係統相比，采用具有PassThru模式的LT8210同步降壓-升壓控製器可以大大優化超級電容供電器件的效率。在本文的示例中，PassThru模式使效率提高了27%，並增加了整個係統的總運行時間，從而將儲能係統的運行時間延長了49%。

參考資料

1. David Megaw。“為汽車電子係統提供保護和供電
，無開關噪聲

，效率高達99.9%。”《模擬對話》，第54卷第1期，2020年2月。

2. Frederik Dostal。“使用降壓-升壓穩壓器實現直通操作。”ADI公司
，2021年11月。

3. Srdjan M. Lukic
、Jian Cao、Ramesh C. Bansal
、Fernando Rodriguez和Ali Emadi。“Energy Storage Systems for Automotive Applications（麵向汽車應用的儲能係統）。”《IEEE工業電子會刊》，第55卷
，第6期，2008年6月。

4. “Supercapacitors Could Be Key to a Green Energy Future（超級電容可能是綠色能源未來的關鍵）。”國家科學基金會
，2008年7月。

5. Satyaki Mukherjee
、Alihossein Sepahvand
、Vahid Yousefzadeh
、Montu Doshi和Dragon Maksimović。“A Two-Stage Multiple-Output Automotive LED Driver Architecture（兩級多輸出汽車LED驅動器架構）。”2020年IEEE能源轉換大會暨博覽會(ECCE)，2020年10月。

關於ADI公司

Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球領先的半導體公司，致力於在現實世界與數字世界之間架起橋梁，以實現智能邊緣領域的突破性創新。ADI提供結合模擬、數字和軟件技術的解決方案，推動數字化工廠
、汽車和數字醫療等領域的持續發展，應對氣候變化挑戰，並建立人與世界萬物的可靠互聯。ADI公司2022財年收入超過120億美元，全球員工2.4萬餘人。攜手全球12.5萬家客戶
，ADI助力創新者不斷超越一切可能。更多信息，請訪問www.analog.com/cn。

關於作者

Bryan Angelo Borres於2022年10月加入ADI公司，擔任MMP-East的產品應用工程師。他擁有馬普阿大學電力電子研究生學位。Bryan在開關電源設計研發領域擁有超過四年的工作經驗。

Anthony Serquiña是ADI菲律賓公司的產品應用工程師。他畢業於菲律賓碧瑤市聖路易斯大學，獲電子和通信工程學士學位。他在電力電子領域擁有超過15年的經驗
，包括電源管理IC開發以及AC-DC和DC-DC前端電源轉換。他於2018年11月加入ADI公司
，目前負責支持工業應用的電源管理需求。他曾在ADI信號鏈電源(SCP)硬件和軟件平台的開發中發揮了重要作用。

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