输入急跌，输出不稳，怎么办？

这个题目是因为前一篇文章《如何响应超出范围的冲击？》所述问题而提出来的，先看波形回顾一下现象：

Buck 转换器的输入电压从 12V 跌落到最低 3V 左右，时间持续 1ms  左右，由此导致输出电压跌落到最低 2.8V，后面的负载不能持续保持工作状态，问题的实质是输入电压太低了，Buck 转换器即使全力工作也不能维持输出电压的稳定，甚至改变了工作状态，这个问题应该怎么解决呢？
Buck 转换器被使用在设备中，设备的使用者是人，当使用者能接受设备不能持续工作的现实时，这个问题就很好办，啥都不用修改，只需对使用者做点培训，让其知道遇到这样的状况时要如何应对并实施就行了。这种解决方案可能会给使用者带来短期或长期的负担甚至是痛苦，在供应短缺的时代很容易行得通，到了供需平衡或是供应过剩的时代可能就不容易被接受了。这种解决方案是将系统的概念放大到包含使用者在内的范围时提出来的，对客户服务的需求会比较大，常常是不得已而为之的。

第二种解决办法在前面那篇文章里已经提到过，既然已经知道电压跌落的事情必然会发生，只要在设计中加入一个电压检测电路，让它在电压跌落的第一时间将事件发生的消息提供给系统处理器，系统处理器利用 Buck 转换器的输出还能维持的一段时间将系统状态记录下来并进入待机状态，让电源不正常期间继续运行会出现危害的动作停下来，等到电源恢复以后再查询到原来的状态信息并重新进入，用户的感受只是中断一下而已，我自己所用的车机就是这样工作的。采用这种解决方案的系统在电源不稳定时的准确复位是非常重要的，所以你可能需要给自己的 CPU 配上带有输出延时功能的电压检测器，它们能在检测到供电电压低于某个阈值时输出一个复位信号，这个信号会在供电恢复正常以后再持续一段时间才回到正常状态，系统便从这一刻开始从一个预设的起点开始重新运行，只要在软件中加入此前状态的检查功能并在确认是非正常中断时回到原有的工作状态就行了。这种带有延时信号输出的电压检测器又被称为复位 IC（Reset IC），像 RT9801A/B、RT9816/7/8/9、RT9823、

RT9824C 和 RT9829 等型号的器件就具有这样的功用，它们有的还带有手动复位功能或是对多个电源的检测能力，有需要的读者可以参考一下，其中给我留下最深印象的是 RT9801A/B，它们的电压检测阈值是用户可调的，一个型号就可以满足许多应用的需求。前面的两种方法都是在容许输出不稳问题继续存在的情况下可以采取的措施，但是总有一些应用是不容许断电的，遇到这样的需求时应该怎么办呢？下面提供几个可选的措施：

第一种，在输入路径上串联一个由单向开关和大电容组成的整流蓄能环节。蓄能的目的是要确保输入电压跌落时仍然有足够的电能供负载使用，整流的目的是要避免已经储存起来的电能在输入电压跌落时被反向吸走。单向开关的最简单选择就是二极管，它的插入会带来一定的电压降，系统的效率会有所降低，但是因为这个方案的成本最低，解决问题又最快，所以还是值得推荐，尤其是当你的系统已经成形了的时候，做一个只有两个元件的部件插入电源供应线上就解决了问题，现有的设计使用起来一点都不受影响，而问题又得到了解决。使用这种方法的时候要如何选择参数呢？二极管的反向耐压必须高于可能的最高输入电压，它的电流通过能力要大于系统的最大电流消耗；反向漏电这个参数并不重要，你可以随意选择；开关速度也不重要，所以不需要关心结电容的大小。符合这些要求的二极管比比皆是，选择起来很容易。如果你在乎二极管所带来的压降，那就选用肖特基二极管吧，相信做电源的人手里都不会少，如果不在乎这个问题，整流用二极管也是可以的。电容的最佳选择应该是电解电容，容量大，成本低，自发热问题应该不存在（因为交流成分较少），环境温度的影响倒是需要考虑进去。由于问题的发生地是在车上，所以采用车规电容应该是必要的。电容的容量倒是需要计算的，把输入正常时的电压和希望维持的最低电压参数找到，同时又知道系统的消耗及电压跌落的时长，再利用电容的储能计算公式就可以把方程列出来找到答案。

第二种可选做法是对电压跌落的反动，既然输入会降低，将电压升高以后再输入即可，所以可加入一个升压用的 Boost 电路。这种做法实际上是对前一种方法的完善，升压电路随时都可以工作，得到能量补充的电容电压不会下跌，所以大电容就可以不用大来形容，带来的效益是体积的缩减和供电的平稳，而且扩大了可使用的电源电压范围，因为 Boost 并不在乎输入电压会有多低，即使只有 1V 也没有关系，只要有电就行，而输出电压又可以根据需要来设定，满足多高的需求都可以，即使输入电压长期处于低位也没有关系，适应能力远高于前一个方案，其效益就不能简单地用成本来衡量了。使用此做法时应当以可能的最低输入电压为依据进行元件参数的计算，因为那是它的工作电流最大的时候。

RT8525D 可以被使用在这样的解决方案中，它的供电端 VIN 的可用电压范围为 4.5V~25V，用在这里时要避开可能会跌落到 3V 的输入端，接到 12V 的输出端比较好。RT8525D 的过压保护、故障状态指示等功能是根据应用的需求而设的，不需要的应用可以把它们屏蔽掉，这样做对其 Boost 功能并无影响，电路却可以变得简洁，读者可以灵活应用。
将 Boost 转换器安置在 Buck 的前面解决了电压波动的问题，但是环节的增多带来的是设计的复杂化，效率上也有损失，因为每一个转换过程都会有损耗，所以最好的做法是当输入电压高于输出电压时用降压的方法、当输入电压低于输出电压时用升压的方法，这就导致了 Buck-Boost 架构的提出，其核心电路部分如下图中的 QA、QB、QC、QD 和 L1 所示：

当输入电压低于输出电压时，QD 持续导通，QC 持续截止，QB、QA 轮流导通/截止以实现 Boost 电路的功能；当输入电压高于输出电压时，QA 持续导通，QB 持续截止，QD、QC 轮流导通/截止以实现 Buck 电路的功能。控制系统的作用就是对输入、输出电压进行检测比较并实施上述转换功能，在任何情况下都能维持输出电压的稳定，但是任何时候都只有一次转换，保证了转换效率的最大化。由于目前很火的 USB PD 协议的应用支持很宽的输入、输出电压范围，还要考虑供需角色的转换问题，所以立锜的产品设计都是针对相关应用的高集成度产品，用在这里也可以，就是有点杀鸡用牛刀的感觉，所以在这里不做推荐，有需要的可以给我留言，我们另外再做介绍。
SEPIC 架构也是实现自动升降压的一个可行选择，利用前面介绍的Boost 电路就可以实施，电路会使用两只电感和一只电容与主开关、二极管配合工作，器件的参数计算会相对复杂些，效率也不会很好，负载能力通常也不会很大，这里就不再继续深入了，等有需求时再来探讨。
这里根据现实中的问题提出了一些解决办法，每一种都有其独特的优势和劣势，而且再多想想也还能找到其他解决办法，具体的选择取决于遇到问题者所处的环境及其取向，无论选择哪一种，只要自己能满意便好，所有的建议仅供参考。