助力未来创新:适用于1/4砖电源的混合转换器——第1部分:优势
摘要:将54V电压转换为合适的12V电压是一项颇具挑战性的任务,需要新型转换器拓扑来开发改良的高性能电源。此外,为了适应最新的数据中心和超大规模架构,尺寸必须很小,因此14砖的小尺寸规格是理想选择。本文将探讨ADI公司的参考设计如何解决效率、功率损耗、散热、通用封装设计等关键问题,从而在同类产品中脱颖而出。另外,还会讨论这些优势对系统应用的积极影响。


图2.将SS和ISHARE引脚相连,LTC7822 QB电源便可实现并联。

图3.飞跨电容和中间电容两端的电压。
对于1/4砖应用,混合转换器在功率传输和功率密度之间取得了良好的平衡。典型的固定比率开关电容在高功率密度和低输出功率水平下非常高效。例如,LTC7820在28 mm × 28 mm PCB面积上进行48 V至24 V转换时,效率高达99%(图4)。然而,这种设计只能支持大约300 W到600 W的输出功率。
要在不降低效率的情况下实现更高的输出功率,需要考虑再并联一个开关电容转换器和更多的陶瓷电容,因而需要更大的PCB面积。这会极大地影响功率密度,并且24 V至12 V DC转换需要第二级电路。为此,我们可以采用另一种开关电容拓扑,利用Dickson转换器来实现单级4:1降压比。此拓扑需要用到额外的开关,但也存在同样的问题,即超过600 W时需要更多陶瓷电容,当应用需要更大输出电流时会影响可扩展性。

图4.采用LTC7820的48 VIN至24 VOUT、20 A开关电容转换器。
稳压混合转换器是更适合1 kW功率级别的拓扑,因为它能在有限的PCB面积下提供更高输出电流。开关电容部分将转换主输入电压线,而不处理大部分电流转换。主输出电流转换由降压部分承担,飞跨电容尺寸和电感尺寸得以减小。对于1/4砖外形,固定尺寸为58.4 mm × 36.8 mm,因而PCB面积至关重要。图5显示了1/4砖尺寸的四相混合转换器的参考元件布置。
LTC7822是一款高性能、两相混合式降压DC-DC控制器,专为高密度电源应用而设计。它所采用的拓扑如图6所示,包含两相,但大大减少了每瓦所需的电容元件数,因为一相的飞跨电容身兼两职:(1) 用作其互补相的电容分压器,(2) 用作其自身相的主储能元件之一。如此一来,每相所需的中间电容数量大大减少。这款器件的单芯片功率输出可达1 kW,大于相同面积下任何典型开关电容拓扑的输出功率。


图5.四相2 kW混合转换器,采用LTC7822以适应1/4砖PCB面积。

图6.CFLY1和CFLY2充当电容分压器。
当奇数FET(M1、M3、M5、M7)导通时,互补FET(M2、M4、M6、M8)关断。在开关切换过程中,CFLY1由输入电压供电,并通过VMID节点与CFLY2串联。这两个飞跨电容应具有相同的容值,以确保平均电压相等,从而降低电荷再分配时电流尖峰造成的损耗。
谨慎选择MOSFET也很重要,务必确保底部FET(M4、M8)在安全工作区域(SoA)内工作。由于两个网状电流通过公共MID节点共享,底部FET所承受的最大电流约为平均相电流的1.5倍。举个例子:L2断电时,电流将流过M5。但是,CFLY2也通过M3向L1提供部分能量,因此其返回路径也将经过M5。电流流向参见图7。

图7. i1 + i2 = i3,i1 = i2M5接收的电流是其相电流的1.5倍。

图8.对于给定的耦合系数Lm/Lk,归一化电流纹波与占空比的关系。
如图8所示,对于两相耦合电感设计,电流纹波在50%占空比时最小。请注意,在不同占空比下,耦合电感的优势并不相同。相数不同,电流纹波降幅最大化的陷波位置也不同。因此,对于1/4砖设计,考虑输入电压范围和目标输出电压非常重要。例如,降压比为4:1的混合转换器应使用两相设计,以使耦合电感的电流纹波降幅最大化,但降压比为8:1时,由于25%占空比下的陷波,设计人员可能需要考虑使用单个四相耦合电感设计。图9为单个四相耦合电感的示例。

图9.单通道四相耦合电感,与四相混合转换器配合使用时,可实现48 V至6 V转换。

图10.ADI分立1/4砖参考设计。
Sam Ben-Yaakov、Michael Evzelman,“Generic and Unified Model of Switched Capacitor Converters”,2009年IEEE能源转换大会暨展览会,2009年9月。
Cruz Christian,“48 V技术的魅力:系统级应用中的重要性、优势与关键要素”,《模拟对话》,2024年7月。
Michael Evzelman、Shmuel Ben-Yaakov,“Average-Current-Based Conduction Losses Model of Switched Capacitor Converters”,《IEEE电源电子会刊》,第28卷第7期,2012年10月。
Bruce Haug,“72 V混合式DC-DC转换器使中间总线转换器的尺寸减小达50%”,《模拟对话》,2018年2月。
Alexandr Ikriannikov,“The Benefits of the Coupled Inductor Technology”,Maxim Integrated,2015年3月。
Alexandr Ikriannikov、Laszlo Lapcsei,“大幅提高48 V至12 V调节第一级的效率”,ADI公司,2023年12月。
“OpenAI says ChatGPT’s Weekly Users Have Grown to 200 Million”,路透社,2024年8月。
Samuel Webb、Yan-Fei Liu,“A Novel Intermediate Bus Converter Topology for Cutting Edge Data Center Applications”,《中国电气工程学报》,第6卷第4期,2020年12月。
免责声明:本文若是转载新闻稿,转载此文目的是在于传递更多的信息,版权归原作者所有。文章所用文字、图片、视频等素材如涉及作品版权问题,请联系本网编辑予以删除。
- 【安森美智闯芯域•集分逐礼】趣味活动时间:2026年06月05日 - 2026年12月31日[立即参与]
- 仪器使用操作视频教程时间:2026年01月01日 - 2026年12月31日[立即参与]
- 2026年安森美(onsemi)白皮书下载活动时间:2026年04月01日 - 2026年04月30日[查看回顾]
- 【线上活动】深入了解PI汽车专用解决方案时间:2025年10月20日 - 2025年12月15日[查看回顾]
- Murata《xEV 功率电子解决方案》下载活动时间:2025年10月01日 - 2025年11月30日[查看回顾]
- 汽车电子电源行业可靠性要求,你了解多少?
- 内置可编程模拟功能的新型 Renesas Synergy™ 低功耗 S1JA 微控制器
- Vishay 推出高集成度且符合 IrDA® 标准的红外收发器模块
- ROHM 发布全新车载升降压电源芯片组
- 艾迈斯半导体推出行业超薄的接近/颜色传感器模块,助力实现无边框智能手机设计
- 艾迈斯半导体与 Qualcomm Technologies 集中工程优势开发适用于手机 3D 应用的主动式立体视觉解决方案
- 维谛技术(Vertiv)同时亮相南北两大高端峰会,精彩亮点不容错过
- 缤特力推出全新商务系列耳机 助力解决开放式办公的噪音难题
- CISSOID 和泰科天润(GPT)达成战略合作协议,携手推动碳化硅功率器件的广泛应用
- 瑞萨电子推出 R-Car E3 SoC,为汽车大显示屏仪表盘带来高端3D 图形处理性能

中国 上海,2026年4月2日——照明与传感创新的全球领导者艾迈斯欧司朗(SIX:AMS)今日宣布,搭载艾迈斯欧司朗EVIYOS™ HD 25全新奥迪Q3的推出标志着数字照明系统在紧凑车型细分市场的技术整合实现重大突破。EVIYOS™ HD 25是由艾迈斯欧司朗开发的先进像素级照明系统,现已应用于紧凑级量产车,在提升道路安全的同时,为自适应照明与驾驶员反馈功能树立了行业新基准。该技术集成于ZKW的高分辨率microZ模块,采用具备数千个独立可寻址像素单元的LED光源。
- 关于反激电源效率的一个疑问
时间:2022-07-12 浏览量:22026
- 面对热拔插阐述的瞬间大电流怎么解决
时间:2022-07-11 浏览量:19716
- PFC电路对N线进行电压采样的目的是什么
时间:2022-07-08 浏览量:19681
- RCD中的C对反激稳定性有何影响
时间:2022-07-07 浏览量:17241
- 36W单反激 传导7~10M 热机5分钟后超标 不知道哪里出了问题
时间:2022-07-07 浏览量:14442
- PFC电感计算
时间:2022-07-06 浏览量:11005
- 多相同步BUCK
时间:2010-10-03 浏览量:44118
- 大家来讨论 系列之二:开机浪涌电流究竟多大?
时间:2016-01-12 浏览量:48168
- 目前世界超NB的65W适配器
时间:2016-09-28 浏览量:65666
- 精讲双管正激电源
时间:2016-11-25 浏览量:142741
- 利用ANSYS Maxwell深入探究软磁体之----电感变压器
时间:2016-09-20 浏览量:113225
- 【文原创】认真的写了一篇基于SG3525的推挽,附有详细..
时间:2015-08-27 浏览量:111083


