PassThru模式是一种控制器工作模式，能够让电源直接连接到负载。PassThru模式用於降压-升压或升压转换器中，以提升效率和电磁相容性。本文介绍采用PassThru技术的控制器相较於其他控制器的优势，以及PassThru模式如何延长储能系统的使用寿命，特别是超级电容的总执行时间。

延长电池的使用寿命，表示储能系统性能更强、执行时间更长、成本更低。通常有三种方法可以延长电池寿命：改良电池技术，设计更优良的元件，以及提供创新的能源管理系统。改善电池技术包括：为特定应用选择合适的电池，以及设计适当的电池管理系统来控制充电、调节温度并充分降低功耗。

设计更优良的元件需要考虑高效的硬体元件和稳健的韧体，这两者对於兼顾功能和寿命指标都是必不可少的。为了以智慧方式实现能耗优化，可以利用最新的电源管理系统，这些系统采用基於AI的演算法、新型拓扑结构和高效的转换器控制方法，例如PassThru模式和省电模式。

了解超级电容

将超级电容等储能元件与电池一起使用，可以使多种不同的应用场景受益。超级电容的优势包括：支援短时突发功率的快速充电和放电，更长的使用寿命，以及更高的整体系统效率。例如，超级电容非常适合快速储存能量和提供备用电源。超级电容可以承受极端温度环境条件，与电池配合使用时（例如在电动车中），超级电容有助於提高性能并延长电池寿命。此外，超级电容对环境更友好。

图一 : 24 V超级电容和锂聚合物电池在0.5 A负载下的典型放电特性比较。

图一显示了超级电容与电池的不同之处。在相同额定电压下，6芯0.1Ah锂聚合物电池表现出电压源的特性，在整个运行期间能提供更稳定的电压。相较之下，当电流从2F超级电容流向负载时，电压线性下降。超级电容的此种线性放电特性需要更高效的系统来转换其能量。在如此场景下更适合使用降压-升压转换器功能，因为无论输入电压是低於还是高於设定的输出电压，该转换器都能适当调节并维持输出电压稳定。

什麽是PassThru模式？

PassThru技术是宽广输入供电元件的基本特性。相较於采用传统控制方式（标准降压-升压控制器）的系统，其可以提升效率并延长储能系统的使用寿命。直通（Passthrough）是指在预定义的电压视窗，输入直接传递到输出，好像发生了短路一样。

PassThru技术充当电源（例如超级电容）与负载之间的网路，确保电压在指定的可接受范围内调节。其提供从电源到负载的直通路径，以确保元件尽可能高效运行。PassThru模式是确保超级电容供电的元件实现优化效率的重要手段，因为其能减少超级电容的载入/卸载??圈，并改善元件的EMI和整体性能。

以PassThru模式延长储能系统寿命

四开关降压-升压转换器中的直通模式根据指定的视窗设定，提供从电源到输出负载的直通路径，如图二所示。输入直接传递到输出。如此可消除开关损耗，从而提升指定PassThru视窗的效率，并且还提高了电磁相容性，因为在PassThru模式下不会出现开关频率。

降压-升压转换器中的直通模式可提供弹性，因为其允许设定与升压输出电压不同的降压输出电压。这与只提供一个标称输出电压的典型降压-升压IC相反。当输入电压表现异常时，此特性还能保护负载。PassThru技术是LT8210的一种工作模式，该元件是市面上唯一具有此功能的降压-升压控制器IC。

图二 : 具有PassThru模式的降压-升压转换器电路图

图三显示DC2814A-A展示板在4 V至24 V输入电压和10%至80%负载下的效率曲线。该展示板采用LT8210，输入电压范围为4 V至40 V，满载电流为3 A，输出电压为8 V至16 V。相对於降压-升压操作，在PassThru模式下工作会使较高负载下的效率提升多达5%，较轻负载（例如10%电流负载）下的效率提升多达17%。因此，在轻负载运行条件下，PassThru模式实现了明显的性能改善。

值得注意的是，虽然LT8210的直通模式允许设定与降压输出电压不同的升压输出电压，但当输入电压在输出电压设定值附近时，仍会出现降压-升压区域。LT8210中出现该降压-升压区域的原因，在於相对於一个电感电流调节的降压和升压控制区域存在交集。

图三 : DC2814A-A效率曲线

为了解PassThru模式的应用效果，我们可检视图四的系统。四开关降压-升压转换器用作负载点转换器的前置稳压器，负载点转换器也用於马达驱动器。虽然电源是24 V超级电容，但直流马达需要9 V输入电压和0.3 A输入电流。降压-升压转换器将采用PassThru模式，或采用传统四开关降压-升压控制器在连续导通模式（CCM）下运行。请注意，传统降压-升压控制没有PassThru模式，其只有降压、升压和降压-升压操作，如图三所示。

使用PassThru模式的系统将其升压输出电压设定为12 V，降压输出电压设定为27 V。如此，超级电容的启动电压就可以在通带限值以内。因此，从24 V到12 V超级电容电压，系统将经历PassThru模式。在此期间，效率达到99.9%。

请注意，转换器将经历降压-升压模式，导致效率骤降，然後进入升压模式。另一方面，在传统降压-升压控制方式下运行的系统则设定为以16 V的恒定输出电压运行。如此做法是为了将输出电压设定在通带限值设定的中点附近。

图四 : 超级电容供电的电机架构图

图五 : 支援PassThru模式的系统与传统CCM模式下运行的降压-升压转换器的效率比较。

图五显示了两个降压-升压转换器的效率比较，电压从4 V到24 V，功率为2.7 W。相较於传统控制方式的系统，PassThru模式使效率提升了22%至27%。为了进一步验证两个系统的差异，利用ITECH IT6010C-80-300的电池模拟器功能对其进行了测试。使用以下设定来模拟超级电容回应，执行时间至少120秒：起始电压为24 V，结束电压为0 V，电荷为0.005 Ah，内阻为0.01 mΩ。

图六显示了两个系统的波形。通道1指示电池模拟器电压，通道2指示电机电压，通道3指示电机电流。PassThru模式控制的系统运行了224秒，而传统控制方式的系统仅运行了150秒。因此，我们观察到采用PassThru模式的系统执行时间增加了49%。

图六 : 超级电容供电电机的总执行时间

以下是使PassThru模式控制的系统效率更高的一些原因：

· PassThru模式消除了降压操作；

· 电池电压在特定的通带以内；

· 其设计为在轻负载下运行，侧重於降低开关损耗。

结论

PassThru技术是超级电容供电的元件实现优化性能的重要手段。相较於传统（CCM模式下降压-升压）控制方式的系统，采用具有PassThru模式的LT8210同步降压-升压控制器可以大幅优化超级电容供电元件的效率。

在本文的范例中，PassThru模式使效率提升了27%，并增加整个系统的总运行时间，从而将储能系统的执行时间延长了49%。

（本文作者Bryan Borres、Anthony Serquiña为ADI产品应用工程师）