大多數(shù)中間總線轉(zhuǎn)換器(IBC)使用一個(gè)體積龐大的電源變壓器來提供從輸入至輸出的隔離。另外，它們一般還需要一個(gè)用于輸出濾波的電感器。此類轉(zhuǎn)換器常用于數(shù)據(jù)通信、電信和醫(yī)療分布式電源架構(gòu)。這些IBC可由眾多供應(yīng)商提供，而且通?？煞胖糜跇I(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的1/16、1/8和1/4磚占板面積之內(nèi)。典型的IBC具有一個(gè)48V或54V的標(biāo)稱輸入電壓，并產(chǎn)生一個(gè)介于5V至12V之間的較低中間電壓以及從幾百W至幾kW的輸出功率級(jí)別。中間總線電壓用作負(fù)載點(diǎn)穩(wěn)壓器的輸入，將負(fù)責(zé)給FPGA、微處理器、ASIC、I/O和其他低電壓下游器件供電。

　　然而，在被稱為“48V Direct”的許多新型應(yīng)用中，IBC中無需隔離，這是因?yàn)樯嫌?8V或54V輸入已經(jīng)與危險(xiǎn)的AC電源進(jìn)行了隔離。在很多應(yīng)用中，熱插拔前端設(shè)備需要使用一個(gè)非隔離式IBC。因此，在許多新型應(yīng)用中設(shè)計(jì)了內(nèi)置的非隔離式IBC，從而顯著地縮減了解決方案尺寸和成本，同時(shí)還提高了工作效率并提供了設(shè)計(jì)靈活性。圖1示出了一種典型的分布式電源架構(gòu)。

圖1：典型的分布式電源架構(gòu)

　　既然在有些分布式電源架構(gòu)中允許非隔離式轉(zhuǎn)換，因此對(duì)于該應(yīng)用可以考慮使用單級(jí)降壓型轉(zhuǎn)換器。它將需要在一個(gè)36V至72V的輸入電壓范圍內(nèi)工作，并產(chǎn)生一個(gè)5V至12V輸出電壓。Analog Devices提供的LTC3891可用于這種方法，該器件在相對(duì)低的150kHz開關(guān)頻率下工作時(shí)能提供約97%的效率。當(dāng)LTC3891工作在較高頻率時(shí)，由于隨著相對(duì)高的48V輸入電壓而出現(xiàn)MOSFET開關(guān)損耗，因而效率會(huì)有所下降。

　　一種新方法

　　一種創(chuàng)新型方法將開關(guān)電容轉(zhuǎn)換器與同步降壓組合起來。開關(guān)電容器電路將輸入電壓減小一半之后將其饋入同步降壓型轉(zhuǎn)換器。這種將輸入電壓減半并隨后降壓至期望輸出電壓的方法可實(shí)現(xiàn)較高的效率，或者通過使器件以高得多的開關(guān)頻率工作，可大幅縮減解決方案尺寸。其他好處包括較低的開關(guān)損耗和減低的MOSFET電壓應(yīng)力，這得益于開關(guān)電容器前端轉(zhuǎn)換器固有的軟開關(guān)特性，因而可實(shí)現(xiàn)較低的EMI。圖2顯示出這種組合是怎樣構(gòu)成混合式降壓型同步控制器的。

圖2：開關(guān)電容器+同步降壓=LTC7821混合式轉(zhuǎn)換器

　　新型高效率轉(zhuǎn)換器

　　LTC7821將開關(guān)電容器電路與一個(gè)同步降壓型轉(zhuǎn)換器相結(jié)合，可使DC/DC轉(zhuǎn)換器解決方案尺寸相比其他傳統(tǒng)降壓型轉(zhuǎn)換器替代方案銳減50%之多。這種改善是通過將開關(guān)頻率提高3倍實(shí)現(xiàn)的，并未犧牲效率。或者，當(dāng)工作于相同的頻率時(shí)，基于LTC7821的解決方案能提供高達(dá)3%的效率升幅。其他優(yōu)勢(shì)包括低EMI輻射(因采用軟開關(guān)前端所致)，非常適合功率分配、數(shù)據(jù)通信和電信以及新興48V汽車系統(tǒng)中的新一代非隔離式中間總線應(yīng)用。

　　LTC7821在10V至72V(80V絕對(duì)最大值)的輸入電壓范圍內(nèi)工作，并能產(chǎn)生幾十安培的輸出電流，這取決于外部組件的選擇。外部MOSFET以一個(gè)固定的頻率(可設(shè)置范圍為200kHz至1.5MHz)執(zhí)行開關(guān)操作。在典型的48V至12V/20A轉(zhuǎn)換應(yīng)用中，當(dāng)LTC7821的開關(guān)頻率為500kHz時(shí)可獲得97%的效率。而傳統(tǒng)的同步降壓型轉(zhuǎn)換器只有以工作頻率的1/3執(zhí)行開關(guān)操作才能達(dá)到相同的效率，因而不得不使用大得多的磁性元件和輸出濾波器組件。LTC7821強(qiáng)大的1ΩN溝道MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)器最大限度提高了效率，并能夠驅(qū)動(dòng)多個(gè)并聯(lián)的MOSFET以滿足較高功率應(yīng)用的要求。由于該器件采用了電流模式控制架構(gòu)，因此多個(gè)LTC7821能以一種并聯(lián)的多相配置工作，從而利用其卓越的均流能力和低輸出電壓紋波實(shí)現(xiàn)功率高得多的應(yīng)用，并不會(huì)產(chǎn)生熱點(diǎn)。

　　LTC7821可執(zhí)行許多保護(hù)功能，以在廣泛的應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的性能?；贚TC7821的設(shè)計(jì)還通過在啟動(dòng)時(shí)對(duì)電容器進(jìn)行預(yù)平衡，消除了通常由開關(guān)電容器電路引起的浪涌電流。另外，LTC7821還通過監(jiān)視系統(tǒng)電壓、電流和溫度以發(fā)現(xiàn)故障，并使用一個(gè)檢測(cè)電阻器以提供過流保護(hù)。當(dāng)出現(xiàn)某種故障情況時(shí)，該器件停止開關(guān)操作并將/FAULT引腳拉至低電平。一個(gè)內(nèi)置定時(shí)器可針對(duì)適當(dāng)?shù)闹貑?重試時(shí)間進(jìn)行設(shè)定。其EXTVCC引腳使得LTC7821可依靠轉(zhuǎn)換器的較低電壓輸出或其他高達(dá)40V的可用電源供電，從而降低了功耗并改善了效率。其他特點(diǎn)包括±1%的輸出電壓準(zhǔn)確度(在整個(gè)溫度范圍內(nèi))、一個(gè)用于多相操作的時(shí)鐘輸出、一個(gè)電源良好輸出信號(hào)、短路保護(hù)、單調(diào)性的輸出電壓?jiǎn)?dòng)、可選的外部基準(zhǔn)、欠壓閉鎖和內(nèi)部電荷平衡電路。圖3示出了采用LTC7821將36V至72V輸入轉(zhuǎn)換為12V/20A輸出時(shí)的電路原理圖。

圖3：LTC7821應(yīng)用電路原理圖，36VIN~72VIN至12V/20A輸出

　　圖4中的效率曲線比較了對(duì)于將48VIN轉(zhuǎn)換為12VOUT/20A輸出的應(yīng)用，三種不同類型轉(zhuǎn)換器的效率水平，具體如下：

　　1.運(yùn)行頻率為125kHz的單級(jí)降壓，采用6V柵極驅(qū)動(dòng)電壓(藍(lán)色曲線)

　　2.運(yùn)行頻率為200kHz的單級(jí)降壓，采用9V柵極驅(qū)動(dòng)電壓(紅色曲線)