簡化數(shù)據(jù)中心和電信系統(tǒng)的 48 V/54 V 降壓轉(zhuǎn)換

在穩(wěn)壓器的總線轉(zhuǎn)換器中無需隔離，這是因為上游 48 V 或 54 V 輸入已經(jīng)與危險的交流電源進(jìn)行了隔離。

圖 1.傳統(tǒng)的電信板電源系統(tǒng)架構(gòu)帶有隔離式總線轉(zhuǎn)換器。在 48 V 已經(jīng)與交流電源隔離的系統(tǒng)中，無需使用隔離式總線轉(zhuǎn)換器。使用非隔離混合式轉(zhuǎn)換器取代隔離式轉(zhuǎn)換器可顯著簡化設(shè)計、降低成本和電路板空間要求。

對于高輸入/輸出電壓應(yīng)用 (48 V 至 12 V)，傳統(tǒng)降壓型轉(zhuǎn)換器所需元件通常尺寸更大，因此并非理想的解決方案。也就是說，降壓型轉(zhuǎn)換器必須在低開關(guān)頻率 (例如，100 kHz 至 200 kHz) 下工作，以便在高輸入/輸出電壓下實現(xiàn)高效率。降壓型轉(zhuǎn)換器的功率密度受到無源元件尺寸的限制，特別是電感尺寸的限制?？梢酝ㄟ^增加開關(guān)頻率來減小電感尺寸，但是因開關(guān)切換引起的損耗會降低轉(zhuǎn)換器效率，并會導(dǎo)致不可接受的熱應(yīng)力。

與基于電感的傳統(tǒng)降壓型轉(zhuǎn)換器相比，開關(guān)式電容轉(zhuǎn)換器 (電荷泵) 可顯著提高效率并縮小解決方案尺寸。在電荷泵中，采用飛跨電容代替電感以存儲能量并將其從輸入端傳遞到輸出端。電容的能量密度遠(yuǎn)高于電感，因此與降壓型穩(wěn)壓器相比，可將功率密度提高 10 倍。但是，電荷泵是分?jǐn)?shù)型轉(zhuǎn)換器 (它們不能調(diào)節(jié)輸出電壓) 并且無法擴(kuò)展以適用于高電流應(yīng)用。

基于 LTC7821 的混合式轉(zhuǎn)換器兼具傳統(tǒng)降壓型轉(zhuǎn)換器和電荷泵的優(yōu)點：輸出電壓調(diào)節(jié)、可擴(kuò)展性、高效率和高密度?；旌鲜睫D(zhuǎn)換器通過閉環(huán)控制對輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，就像降壓型轉(zhuǎn)換器一樣。通過峰值電流模式控制，可以輕松地將混合式轉(zhuǎn)換器擴(kuò)展到更高的電流水平 (例如，從 48 V 至 12 V/25 A 的單相設(shè)計擴(kuò)展到 48 V 至 12 V/100 A 的 4 相設(shè)計)。

混合式轉(zhuǎn)換器中的所有開關(guān)管在穩(wěn)態(tài)工作時都只承受一半的輸入電壓，因此能夠使用低額定電壓的 MOSFET 以實現(xiàn)高效率?；旌鲜睫D(zhuǎn)換器因開關(guān)切換引起的損耗低于傳統(tǒng)的降壓型轉(zhuǎn)換器，從而可實現(xiàn)高頻開關(guān)。

在典型的 48 V 至 12 V/25 A 應(yīng)用中，LTC7821 在 500 kHz 開關(guān)頻率時可實現(xiàn)超過 97% 的滿載效率。要使用傳統(tǒng)的降壓型控制器達(dá)到相同的效率，必須以三分之一的頻率運(yùn)行，因而導(dǎo)致解決方案的尺寸大很多。更高的開關(guān)頻率允許使用更小的電感，從而使瞬態(tài)響應(yīng)更快并且解決方案尺寸更小