常规情况下,手机电池放电到3.4V便关机,因为低于3.4V后电池能量不可观了、就蔫儿了。
但是近几年,硅负极电池在飞速发展,该电池的一大特点是低压段的容量较为可观,因此手机厂商们开始卷“低压关机”的概念。3.4V->3.2V->3V->2.8V,后续甚至有可能卷到2.5V,最大程度的榨取电池能量。如同职场上用OKR、PBC、PIP等对待牛马,使其使尽最后一分力气。
硅负极电池在低压段的容量相较石墨负极电池高,并且在低温情况下更为明显,这一点利于北方的朋友在冬天的使用。
电池电压低意味着系统电压也低,而业界还没有形成成熟的产业链,很多芯片不能良好的工作,因此需要用一个boost电路将电池电压抬升上去。但是又期望效率要足够高,于是发展出了boost bypass电源架构。
常规Boost
常规Boost电路工作原理很简单,通过控制MOS的导通和关断,将能量储存在电感中,然后释放到输出端,产生一个高于输入电压的输出电压。

当主开关管Q1导通时:输入电压加在电感上,电感电流线性上升,储存能量;由电容给负载供电。
当Q1关断时:电感电流不能突变,产生反向电动势,与输入电压叠加后通过二极管向负载和电容供电,同时对负载供电。
但是当输入电压(Vin)非常接近输出电压(Vout)时,Boost电路会变得不容易设计。
根据Boost的基本公式:Vout ≈ Vin / (1 - D),为了维持输出电压稳定,控制器必须将占空比D调得非常小。而控制器都是物理实体,哪能调到非常小呢?因此容易带来效率问题和稳定性问题。
Boost Bypass
抄近道!
既然输入电压已经足够高,甚至比需要的输出电压还高,那我为什么不直接把输入送到输出,绕过复杂的升压环节呢?这便是Boost Bypass的核心理念。
以TI的某款芯片为例,其内部框图如下图,它在常规Boost电路的基础上,并联了一个旁路MOS开关(Bypass Switch)。由此产生了两种工作模式(可由控制 IC 根据输入和输出电压关系自动切换):

- 模式一:Boost升压模式,当Vin显著低于Vout时,与常规Boost电路没啥不同。此时主开关进行PWM操作,发挥正常的升压功能;旁路开关保持关断。
- 模式二:Bypass模式,当Vin约等于或者高于Vout时,进入Bypass模式。此时主开关保持关断;旁路开关保持导通。输入电流通过旁路开关直接流向负载,绕过了电感、主开关。旁路开关导通电阻Rds_on,导通损耗极低,因此电路效率极高。

Boost Bypass拓扑的优势可总结为:
- 高效率,旁路开关像个导线一样直接而高效。电源芯片的温升会显著降低,温升低也利于提高系统可靠性。
- 延长了手机使用时间,极宽的输入范围,能够cover低压输入场景的供电。又因为高效减少能量损失,直接延长设备的工作时间。
下图描述了Boost bypss芯片的输入-输出曲线和模式切换示意图,图片来自TI datasheet,仅用来描述切换过程,参数(比如输出电压等)不是手机的参数。

总结
Boost bypass拓扑像是对低压的兜底,如果把Boost bypass拓扑比作社会现象,它很像朱门对孩子的托举与兜底。他们以丰厚的资源、人脉为基础,托住孩子人生的下限,比如至少是进体制混吃等死等。
至于那充满变数与未知的上限,因为博弈太复杂了,关乎个人禀赋,但他们仍不遗余力地铺就精英之路,助其搏风云而化龙。
人无法选择出身,而人世间恶龙居多。当阿喀琉斯向天怒吼:“宙斯,你的秩序是否公平?”那一刻,不关乎生存,关乎的是人类的尊严。
