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

Ya Liu、Jian Li、San-Hwa Chee 和 Marvin Macairan ADI 公司

数据中心和电信电源系统设计发生了很大变化。主要应用制造商都在用更高效的非隔离式高密度降压型稳压器取代复杂且昂贵的隔离式 48 V/54 V 降压型转换器 (图 1)。在稳压器的总线转换器中无需隔离,这是因为上游 48 V 或 54 V 输入已经与危险的交流电源进行了隔离。

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)。

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。

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