混合式转换器简化数据中心和电信系统的 48 V/54 V 降压转换

图 1.传统的电信板电源系统架构带有隔离式总线转换器。在 48 V 已经与交流电源隔离的系统中，无需使用隔离式总线转换器。使用非隔离混合式转换器取代隔离式转换器可显著简化设计、降低成本和电路板空间要求。

对于高输入/输出电压应用 (48 V 至 12 V)，传统降压型转换器所需元件通常尺寸更大，因此并非理想的解决方案。也就是说，降压型转换器必须在低开关频率 (例如，100 kHz 至 200 kHz) 下工作，以便在高输入/输出电压下实现高效率。降压型转换器的功率密度受到无源元件尺寸的限制，特别是电感尺寸的限制。可以通过增加开关频率来减小电感尺寸，但是因开关切换引起的损耗会降低转换器效率，并会导致不可接受的热应力。

与基于电感的传统降压型转换器相比，开关式电容转换器 (电荷泵) 可显著提高效率并缩小解决方案尺寸。在电荷泵中，采用飞跨电容代替电感以存储能量并将其从输入端传递到输出端。电容的能量密度远高于电感，因此与降压型稳压器相比，可将功率密度提高 10 倍。但是，电荷泵是分数型转换器 (它们不能调节输出电压) 并且无法扩展以适用于高电流应用。

基于 LTC7821 的混合式转换器兼具传统降压型转换器和电荷泵的优点：输出电压调节、可扩展性、高效率和高密度。混合式转换器通过闭环控制对输出电压进行调节，就像降压型转换器一样。通过峰值电流模式控制，可以轻松地将混合式转换器扩展到更高的电流水平 (例如，从 48 V 至 12 V/25 A 的单相设计扩展到 48 V 至 12 V/100 A 的 4 相设计)。

混合式转换器中的所有开关管在稳态工作时都只承受一半的输入电压，因此能够使用低额定电压的 MOSFET 以实现高效率。混合式转换器因开关切换引起的损耗低于传统的降压型转换器，从而可实现高频开关。

在典型的 48 V 至 12 V/25 A 应用中，LTC7821 在 500 kHz 开关频率时可实现超过 97% 的满载效率。要使用传统的降压型控制器达到相同的效率，必须以三分之一的频率运行，因而导致解决方案的尺寸大很多。更高的开关频率允许使用更小的电感，从而使瞬态响应更快并且解决方案尺寸更小 (图 2)。