芯文芯事丨电力时代下的最后一道保护伞，瑞萨ISL81X01系列升降压控制器

在电信系统、互联网系统或医疗流程控制系统等关键应用领域，系统电源任何瞬时的故障，都有可能带来难以想象的严重后果。为了应对诸如此类的突发状况，我们一般都会采用备用电源系统以保障关键设备能在断电故障期间维持正常运行。

电池技术作为备用电源系统的核心在近几年间得到了跨越式的发展，如今的锂电池和超级电容作为两大主要电能储存设备，在现代社会中逐渐普及。相较于传统电池技术，全新的储能设备小巧灵便，充电配置简单的特点为备用电源系统的应用带来了全新的拓展。

备用电源系统正逐渐从诸如医疗系统、工业系统等传统关键应用领域延伸至汽车、室外电源、智能街灯等非传统应用领域。在如今维持社会运转的各个环节上，我们都不难发现备用电源系统的身影。

对于常见的DC备用电源系统而言，充放电是最为至关重要的环节，也就是电子设备从DC电源中进行充放电操作，从而在失去主电源供应后能将电池电能快速传输给系统。但在充放电转换的过程中，所带来的电能输出间断问题成为了备用电源系统的症结所在。

DC备用电源系统中的充电电路的升压降压取决于电源和电池电压，而放电电路本身一般使用降压型转换器，通过将电池电压转换为系统所需的电压为负载供电。对于重要的电路设备而言，短暂的电能供应间断往往也会引发很大的安全隐患，如何去实现系统充放电的零延迟衔接，保证电能不间断，也就是所谓的DC-UPS（电池不间断电源）功能成为了DC备用电源系统的重中之重。

为了解决这一问题，我们可以利用双向电路的充放电零延迟转换的特点，来实现系统的不间断工作，同时让系统可靠性更高。

双向升降压控制器方案能够为我们的DC备用电源系统带来什么样的变化呢？对于电路本身而言，双向升降压控制器的存在能够将复杂的充电放电架构合二为一，在简化设计的同时大大增强了电路本身的整体可靠性。

使用双向升降压控制器解决方案，同一组电子设备可更改其电流方向来进行充电和放电操作，其专有的控制策略能够确保线电压或负载瞬态变化期间的干扰最小。同时，在必要时系统还能够更加深度的进行电池放电，此举大大改善了电池容量利用率。

下面我们就来详细地聊一聊实现双向电路的核心所在，瑞萨ISL81X01系列升降压控制器。

瑞萨ISL81X01产品系列是瑞萨电子推出的新型双向四开关同步升压降压控制器系列，目前共有3款产品，包括ISL81601、ISL81401、ISL81401A。瑞萨ISDL81X01产品系列也是业界唯一能够在两端检测峰值电路，并能够在降压或升压模式下提供双向逐周期电路限制的双线控制器系列。该系列产品具有纹波小且转换顺畅的专有调制方案，电压和电流反馈回路控制，同时支持降压升压模式以及即时设置更改功能，能够以99% 的峰值效率完成负载点（POL）和电压轨转换。

ISL81601采用了8V的驱动电压，具有4.5V至60V的宽输入范围，可产生0.8V至60V的输出。ISL81401 采用了5.3V的驱动电压，具有4.5V至40V的输入范围，可产生0.8V至40V的输出。同时，瑞萨还提供了ISL81401的单向版本—ISL81401A。ISL81X01产品系列具有100kHz至600kHz的宽开关频率设置范围以及自适应直通保护功能的MOSFET驱动器。

使用瑞萨解决方案简化备份系统

瑞萨电子的ISL81601/ISL81401产品系列采用专用架构，具备了两个电流监视管脚，可监控用于恒定电流（CC）和恒定电压（CV）控制及其他系统管理功能的输入和输出电流。这样的架构设计能够提供极强的保护能力，在实际应用过程中，能有效防止系统任意一侧出现任何故障。同时ISL81601/ISL81401产品系列采用了四个独立的控制环路来控制输入电压、输出电压、输入电流和输出电流。这种设计非常适用于充电放电速率不尽相同的DC备用电源系统。

ISL81601 /ISL81401产品系列的双向峰值电流检测功能省去了对负载供电电池进行充放电所需的复杂的外部电路。其专有控制策略可在降压、升压以及降压-升压之间提供平滑的模式切换，同时降低了 Vout 处的低频纹波，能够确保线电压或负载瞬态变化期间的干扰最小。该控制策略还可确保在所有条件下都能够得到可控的纹波电压。多层过流保护以及精密控制策略的加入可令该控制器在 Vout 低至 0.8V时仍能提供恒定电流输出，从而实现可靠的运行。

设计人员可以通过并联无限数量的控制器来轻松扩展系统功率。ISL81601 和 ISL81401 四开关控制器的控制策略确保同一时间只有两个开关工作在高频开关状态，从而最大限度降低功耗，并实现更高的效率。

ISL81X01系列控制算法图

同时在电路安全方面，瑞萨电子的ISL81X01产品系列具备欠压、过流、过热等全面多重保护功能的同时，两端峰值电流传感和逐周期限流功能能保障电路可在输入和输出端的快速瞬态条件下执行即时限流，从而确保了系统运行的高度可靠。此外，在系统恒流运行的状态下，输出电压可降至非常低的状态，避免过载与短路情况下可能导致的失控状况。

* 文章转自中国电子网

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