引言

許多系統中都會用到直流總線電壓。這類電壓通常為24 V（如工業領域）或48 V（如汽車領域）。現代服務器和數據中心應用也采用48 V，部分場景下會使用52 V。將該直流總線電壓轉換為12 V或5 V時，可選用多種電壓轉換器拓撲。如果無需電氣隔離，基于降壓控制概念的轉換方式尤為常見。然而，當降壓穩壓器將高直流電壓（如48 V）轉換為低輸出電壓（如5 V）時，必須以9.6%的低占空比（以48V轉5V為例）工作，因此效率僅能達到中等水平。詳見圖1。

圖1 采用48V直流總線電壓的電源架構

對于推挽式或正激式轉換器等基于變壓器的架構，占空比可通過改變變壓器的繞組比進行調整。理論上這種方式能提升轉換效率，但變壓器本身會產生額外損耗，導致效率提升受限。尤其是在無需電氣隔離的應用中，人們更傾向于省去變壓器。

混合轉換器正是解決這一問題的有效解決方案。它采用創新的電源轉換拓撲，將電荷泵拓撲與降壓穩壓器相結合。該轉換器共使用四個開關：通過電荷泵作用將電源電壓減半，再利用下方兩個開關與一個電感配合，將減半后的電源電壓轉換為所需的輸出電壓。圖2展示了混合電壓轉換器的電路概念，因此混合轉換器可視為電荷泵與降壓型穩壓器的融合產物。

圖2 混合轉換器的拓撲結構

圖2所示電路可通過LTC7821等混合控制器IC搭建。

若需實現非常緊湊的解決方案，LTM4654是不錯的選擇。該器件屬于ADI公司的μModule?系列，可將高達55 V的直流總線電壓轉換為5 V或12 V等可調低電壓，持續輸出功率可達300 W。圖3為采用高集成度LTM4654的解決方案。該電路只需極少外部元件，在15 A負載電流下將48 V輸入電壓轉換為9 V輸出電壓時，轉換效率可達96.7%。

這款300 W模塊的尺寸僅為16 mm × 16 mm，高度為8.96 mm。

圖3 電源總線轉換器應用中的高集成度μModule穩壓器（簡化示意圖）

除了純電壓轉換功能外，該模塊還可用作電流源和電流負載。這意味著它支持雙向工作模式，助力系統實現高效能量管理。此外，LTM4654還適用于負電壓轉換場景，比如將+30 V轉換為-7 V。其工作原理與降壓穩壓器的反向降壓-升壓模式類似。

多個混合轉換器還可以并行工作。兩個轉換器并行工作時，電流處理能力翻倍，功率轉換能力也相應提升一倍。

結語

在高效電壓轉換領域，除了降壓轉換器及各類變壓器方案等廣泛應用的常見拓撲外，混合轉換器等創新解決方案也具有顯著優勢。這類新型方案能夠提升效率（尤其適用于各類總線轉換器），并且占用的印刷電路板空間極小。

作者簡介

Frederik Dostal是一名擁有20多年行業經驗的電源管理專家。他畢業于德國埃爾蘭根大學微電子學專業，并于2001年加入National Semiconductor公司，擔任現場應用工程師，幫助客戶在項目中實施電源管理解決方案，并積累了豐富經驗。在此期間，他還在美國亞利桑那州鳳凰城工作了4年，擔任應用工程師，負責開關電源產品。他于2009年加入ADI公司，先后擔任多個產品線和歐洲技術支持職位，具備廣泛的設計和應用知識，目前擔任電源管理專家。Frederik在ADI的德國慕尼黑分公司工作。