用Buck做快充吗？三级降压转换技术可以更快

电池充电器的性能可以用两个关键指标进行定义：一是充电效率，二是解决方案尺寸。更高的效率意味着充电电流更大、充电时间更短，但是这通常都是通过增加电路尺寸来实现的。

 

由TI推出的可对单节电池进行快速充电的最新配套器件BQ25910，通过三级降压转换器技术可以将效率提高了5%，即在功率损耗预算不变的情况下，使充电电流增加了50%。三级降压转换器技术使得更小的低厚度电感器得以应用，使解决方案尺寸缩减到了原来的一半。

 

在BQ25910中，实现三级降压的拓扑结构相比于传统拓扑，增加了飞跨电容器CFLY以及几个开关。通过在输入电压减半的条件下保持飞跨电容平衡，开关节点电压Vsw会分别在VIN、VIN/2和接地之间交替变化，三级降压转换器因此得名。

 

当输入电压VIN高于两倍的输出电压VOUT时，开关节点电压Vsw会在接地和VIN/2之间进行交替变化；反之，当输入电压VIN低于两倍的输出电压VOUT时，开关节点电压Vsw将在VIN和VIN/2之间进行交替变化。

输入电压VIN高于两倍的输出电压VOUT

以12V输入来给一个4V的电池充电为例，三级转换器会在VIN/2和接地开关接点之间交替运行，其工作过程如下：

 

第一阶段。Q1和Q4开启，开关节点电压Vsw为VIN-VFLY，即VIN/2。与此同时，CFLY电容器开始充电，电感器也开始通电，这是因为输出电压VOUT低于开关节点电压Vsw。

第二阶段。Q1关断，Q2开启，使得开关节点电压Vsw显示为接地。此操作导致CFLY电容器断开连接，电感器也停止通电。 

第三阶段。Q4关断，Q3开启，直接跨过开关节点连接CFLY电容器。这样可以释放电容器电压同时增大电感器电流。值得注意的是第一阶段中增加到CFLY的电荷应在第三阶段时从CFLY中移除，从而在稳定操作状态下开关节点电压Vsw为VIN/2时，保持电容器平衡。 

第四阶段。Q3再次关断，Q4开启，将开关节点直接接地。此操作导致电容器断开连接，并且再次切断电感器电源，为下一周期做准备。

 

随着输入电压VIN降低且高于两倍的输出电压VOUT，控制器会自动延长第一阶段和第三阶段的持续时间。换话句话说，即增加占空比，从而提供稳压输出电压。这一机制能够减少电感器的电流纹波，直至电流纹波降至最小值，此时输入刚好等于两倍的输出。

 

此时，开关节点电压Vsw始终保持在VIN/2，而控制器在第一阶段和第二阶段间变化，从而实现在每个周期中对飞跨电容进行充电和放电。

 

随着输入电压持续降低，控制器会不断增加占空比，直到 Q1 和 Q3在同一时段开启。在这种情况下，开关节点开始在VIN和VIN/2 之间交替。重申一下，飞跨电容器总是处于充电阶段或放电阶段。 

当输入电压VIN低于两倍的输出电压VOUT 

以5V输入为4V的电池充电为例。与输入电压VIN高于两倍的输出电压VOUT的例子类似，如下图所示，控制器操作分别为：给电容器充电、断开连接、用电容器充当电源、最终再次断开连接。 

 

从以上讨论，我们可以总结出三级转换器波形的两个明显优势：第一，降低了所有操作模式下电感器和开关上的电压应力；第二，开关节点处的开关频率增加一倍。以上两点优势相结合，可将最大电感器电流纹波降低至普通降压转换器的四分之一。电感值通过电流纹波来选择，所以电流纹波减小后就可以使用更小、 更薄的电感器。此外，由于线圈电阻是电感的函数，因此降低线圈电阻也能减少功率损耗。最后，三级降压转换器中的开关只需阻止一半的输入电压，这有助于减少开关变换过程中的开关损耗。

以上就是 BQ25910 中飞跨电容器和额外的开关为高电流充电提供更高效率以及更小解决方案尺寸的工作原理。