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。
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。
图 2. 传统非隔离式降压型转换器和混合式转换器的尺寸对比（48 V 至 12 V/20 A）。
- 宽 VIN范围：10 V 至 72 V (80 V 绝对最大值)
- 可锁相的固定频率：200 kHz 至 1.5 MHz
- 集成式四路 5 V N 沟道 MOSFET 驱动器
- RSENSE或 DCR 电流检测
- 可编程 CCM、DCM 或 Burst Mode® 工作
- CLKOUT 引脚用于多相操作
- 短路保护
- EXTVCC输入以提高效率
- 单调性的输出电压启动
- 32 引脚 (5 mm × 5 mm) QFN 封装
48 V 至 12 V/25 A 混合式转换器具有 640 W/IN3的功率密度
图 3. 采用 LTC7821 的 48 V 至 12 V/25 A 混合式转换器。
图 4. 一个完整的总线转换器使用电路板的正反面进行布局，仅需使用电路板正面 2.7 cm2 的面积。
因为背面三个开关始终只接收到一半的输入电压，所以可使用40 V 额定电压的 FET。最上面的开关采用一个 80 V 额定电压的FET，因为在启动期间 CFLY 和 CMID 预充电开始时(无开关)，它接收到的是输入电压。在稳态操作期间，所有四个开关都只接收到一半的输入电压。因此，与所有开关都接收到全部输入电压的降压型转换器相比，混合式转换器的开关损耗要小得多。图5 显示了设计效率。峰值效率为 97.6% ，满载效率为97.2%。由于其效率高(功率损耗低)，热性能非常出色，如图 6 热成像图所示。在 23°C 的环境温度和没有强制风冷的情况下，其热点温度为 92°C。
图 5. 在 48 V 输入、12 V 输出和 400 kHz fSW 下的效率。
图 6. 图 2 中混合式转换器解决方案的热成像图。
LTC7821 采用独特的 CFLY 和 CMID 预平衡技术，可防止启动期间的输入浪涌电流。在初始上电期间，测量飞跨电容 CFLY 和 CMID两端的电压。如果这些电压中有任何一个不是 VIN ∕2, 则允许对TIMER 电容进行充电。当 TIMER 电容的电压达到 0.5 V 时，内部电流源开启以使 CFLY Y 电压达到 VIN ∕2。在 CFLY 电压达到 VIN ∕2之后，将CMID 充电至 VIN ∕2。在此期间，TRACK/SS 引脚被拉低，所有外部 MOSFET 都被关断。如果在 TIMER 电容电压达到 1.2 V 之前， CFLY 和 CMID 两端的电压已达到 VIN ∕2 ，则释放 TRACK/SS，正常软启动开始。图 7 显示了这一预平衡周期，图 8 显示了在 48V 输入、12 V/25 A 输出时的 VOUT 软启动。
图7: Viophoton技术可在车厢及家居去除甲醛、氨等有机污染物（VOC）
图 8. 48 V 输入、12 V/25 A 输出时 LTC7821 启动 (无高浪涌电流)。
1.2 kW 多相混合式转换器
LTC7821 易于扩展，因此非常适合高电流应用，例如电信和数据中心的应用。图 9 显示了使用多个 LTC7821 的 2 相混合式转换器的关键信号连接。将一个 LTC7821 的 PLLIN 引脚和另一个 LTC7821 的 CLKOUT 引脚连接在一起，使 PWM 信号同步。
图 9. 2 相设计的 LTC7821 关键信号连接。
图 10. 采用四个 LTC7821 的 4 相 1.2 kW 混合式转换器。
图 11. 4 相 1.2 kW 设计的效率。
图 12. 图 9 所示多相转换器的热成像图。
