下面我们来看一下Buck电路的基本构成。
图 1 Buck基本电路
如图所示，一个基本的Buck电路由M1、M2两个MOS管，电感L和电容C两个储能元件构成。Buck电路本质上是利用电感的伏秒平衡特性，通过控制两个MOS管以一定的周期交替开关，来实现电压的转换和能量的传输。根据伏秒定律可以得到如下公式：
VON：M1导通、M2关断期间，电感L两端压降
TON：M1导通时间
VOFF：M1关断、M2导通期间，电感L两端压降
TOFF：M2导通时间
对以上公式进行转化后可以得到Buck输出电压和输入电压的关系：
其中D称为占空比，根据定义有：
由公式（2）可知占空比由输入和输出电压决定，由公式（3）可知，驱动电路可以通过控制M1、M2的导通、关断时间来调节占空比。下图所示是相同输出电压，不同输入电压时对应的Buck开关波形。
图 2 不同转化比占空比对比
可以看到，当输出电压固定，随着输入电压下降，驱动器控制M1导通时间增加，M2导通时间减小，从而将占空比逐步增大，以此来维持输出电压不变。假设占空比固定不变，当输入电压降低，输出电压随之降低。
我们知道锂电池电压会随着电量的释放逐渐降低。如果电池后级Buck的占空比受到限制，那意味着随着电量降低，Buck的输出电压将缓慢下降，后级负载为了维持正常工作需要从电池获得更大的负载电流，这样一来，Buck的转换效率严重下降，电池电量很快就会消耗殆尽。
那Buck的占空比为何会受到限制，又有什么方法可以突破限制呢？带着这个疑问，我们来分析下面这个Buck电路。
图 3 双NMOS Buck结构
图示为某Buck电路内部功能框图中的功率级部分。开关管M1、M2均为NMOS，当M1导通时，M1的源极也就是SW的电压等于电源电压VIN，这意味着M1的栅极电压必须要高于VIN，M1才能导通，而对于Buck来说，系统最高电压就是VIN。为了得到高于VIN的栅极电压，需要外接一个电容CB在BOOT和SW之间，这个电容称为自举电容。
现在我们来分析下BOOT引脚上的电压。TOFF期间M1关断，M2导通，CB充电至VREG；TON期间M1导通，M2关断，CB两端电压保持不变，但BOOT电压等于VIN+VREG，至此M1栅极电压高于VIN，M1得以正常导通。
由于BOOT电容的存在，BOOT电容需要在TOFF期间补充能量，因此TOFF至少需要维持一个最小的时间保证CB处于满电状态，这意味着双NMOS结构无法做到100%占空比。
是否有办法做到100%占空比？答案是肯定的。我们来看下艾为电子推出的AW37430 5V3A Buck转换器给出的解决方案。
图 4 AW37430 功能框图
AW37431上电时序与Bypass触发机制如下图所示。
图 5 AW37431 上电时序与Bypass触发机制
T1：输入电压上升超过UVLO+阈值后，内部软启动电路工作，输出电压开始上升；
T2：软启动完成，并且输入电压仍低于VIN_bypass+，进入100% duty模式，输出电压随输入电压上升；
T3：当输出电压上升至VIN_bypass+，系统退出100% duty模式，输出电压下降并维持在设定值；
T4：当输入电压下降至VIN_bypass-，系统进入100% duty模式，输出电压跟随输入电压下降；
T5：当输入电压下降至UVLO-阈值后，内部泄放管打开，输出电压快速下降至0。
了解了AW37431的Bypass功能，我们来看下实际应用中AW37431对续航的提升有多少。
我们以常见的4000mAh电池容量的手机为例，分别对比下搭载了1颗普通双NMOS结构的Buck和1颗AW37431的放电曲线。假设手机还剩5%电量，对应容量为200mAh。按照搭载普通双NMOS Buck（静态功耗400μA）的手机待机功耗按照4mA计算，那么理论待机时长为50h。如果替换为AW37431(静态功耗10μA)，手机待机功耗降低至3.61mA，那么理论待机时长将提升至55h，相当于增加了5h续航时间。如下图所示。
图 6 低电量待机时间对比
由此可见，搭载了Bypass功能后，低电量下手机续航得到明显提升。
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