Frederik Dostal

對于需要從高輸入電壓轉換到極低輸出電壓的應用，有不同的解決方案。一個有趣的例子是從48 V到3.3 V的轉換。這種規范不僅在信息技術市場的服務器應用程序中很常見，而且在電信中也很常見。

圖1.在一個轉換步驟中將電壓從48 V轉換為3.3 V。

如果將降壓轉換器（降壓）用于此單次轉換步驟，如圖1所示，則會出現占空比小的問題。占空比是導通時間（主開關接通時）和關斷時間（主開關關斷時）之間的關系。降壓轉換器具有占空比，該占空比由以下公式定義：

輸入電壓為48 V，輸出電壓為3.3 V時，占空比約為7%。

這意味著，在1 MHz（每個開關周期1000 ns）的開關頻率下，Q1開關的導通時間僅為70 ns。然后，Q1開關關斷930 ns，Q2導通。對于此類電路，必須選擇最小導通時間為70 ns或更短的開關穩壓器。如果選擇了這樣的組件，則還有另一個挑戰。通常，降壓穩壓器的非常高的功率轉換效率在以非常短的占空比工作時會降低。這是因為只有很短的時間可以在電感中存儲能量。電感器需要在關斷時間內長時間供電。這通常會導致電路中的峰值電流非常高。為了降低這些電流，L1的電感需要相對較大。這是因為在導通時間內，圖1中的L1兩端施加了較大的電壓差。

在本例中，我們看到導通期間電感兩端的電壓約為44.7 V，開關節點側為48 V，輸出端為3.3 V。電感電流由以下公式計算：

如果電感兩端有高電壓，則電流在固定時間段內以固定電感上升。為了降低電感峰值電流，需要選擇更高的電感值。然而，較高值的電感會增加功率損耗。在這些電壓條件下，ADI公司的高效LTM8027 μModule穩壓器在80 A輸出電流下僅實現4%的電源效率。

圖2.電壓從 48 V 轉換到 3.3 V，分兩步完成，包括 12 V 中間電壓。

如今，提高功率效率的一種非常常見且更有效的電路解決方案是產生中間電壓。具有兩個高效降壓穩壓器的級聯設置如圖2所示。第一步，將48 V的電壓轉換為12 V。然后在第二個轉換步驟中將該電壓轉換為3.3 V。LTM8027 μModule穩壓器在92 V電壓降至48 V電壓范圍時的總轉換效率超過12%。第二個轉換步長從12 V降至3.3 V，由LTM4624執行，轉換效率為90%。這產生了83%的總功率轉換效率。這比圖3中的直接轉換高1%。

這可能非常令人驚訝，因為3.3 V輸出端的所有電源都需要通過兩個單獨的開關穩壓器電路。圖1所示電路的效率較低，原因是占空比短，電感峰值電流較高。

在比較單降壓架構和中間總線架構時，除了電源效率之外，還有更多方面需要考慮。但是，本文僅旨在研究電源轉換效率的重要方面。針對這一基本問題的另一個解決方案是新型混合降壓型控制器LTC7821。它將電荷泵動作與降壓調節相結合。這使得占空比達到2× V在/V外因此，可以在非常高的功率轉換效率下實現非常高的降壓比。

產生中間電壓對于提高特定電源的總轉換效率非常有用。為了在如此短的占空比下提高圖1中的轉換效率，我們進行了大量開發。例如，可以使用非?？焖俚腉aN開關，從而降低開關損耗，從而提高功率轉換效率。但是，此類解決方案目前比級聯解決方案成本更高，如圖2所示。

審核編輯：郭婷