數(shù)據(jù)中心和電信電源系統(tǒng)設(shè)計發(fā)生了變化。主要應(yīng)用制造商正在用更高效，非隔離，高密度降壓調(diào)節(jié)器取代復(fù)雜，昂貴的隔離式48 V / 54 V降壓轉(zhuǎn)換器（圖1）。由于上游48 V或54 V輸入已經(jīng)與危險交流電源隔離，因此在穩(wěn)壓器總線轉(zhuǎn)換器中無需隔離。

適用于高輸入/輸出電壓應(yīng)用（48 V至12 V），傳統(tǒng)的降壓轉(zhuǎn)換器不是理想的解決方案，因為元件尺寸往往更大。也就是說，降壓轉(zhuǎn)換器必須以低開關(guān)頻率（例如，100kHz至200kHz）運行，以在高輸入/輸出電壓下實現(xiàn)高效率。降壓轉(zhuǎn)換器的功率密度受到無源元件尺寸的限制，特別是大電感。通過提高開關(guān)頻率可以減小電感尺寸，但由于與開關(guān)相關(guān)的損耗會降低轉(zhuǎn)換器效率，并導(dǎo)致不可接受的熱應(yīng)力。

開關(guān)電容轉(zhuǎn)換器（電荷泵）可顯著提高效率并減少解決方案尺寸超過傳統(tǒng)的基于電感的降壓轉(zhuǎn)換器。在電荷泵中，使用飛跨電容器代替電感器來存儲能量并將能量從輸入傳輸?shù)捷敵觥ｋ娙萜鞯哪芰棵芏冗h(yuǎn)高于電感器 - 與降壓穩(wěn)壓器相比，功率密度提高了10倍。然而，電荷泵是分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)換器 - 它們不調(diào)節(jié)輸出電壓 - 并且不適用于高電流應(yīng)用。

基于LTC7821的混合轉(zhuǎn)換器具有傳統(tǒng)降壓轉(zhuǎn)換器和電荷泵的優(yōu)點：輸出電壓調(diào)節(jié)，可擴(kuò)展性，高效率和高密度。混合變頻器通過閉環(huán)控制調(diào)節(jié)其輸出電壓，就像降壓轉(zhuǎn)換器一樣。通過峰值電流模式控制，可以輕松地將混合轉(zhuǎn)換器擴(kuò)展到更高的電流水平（例如，48 V至12 V / 25 A的單相設(shè)計，48 V至12 V的4相設(shè)計） / 100 A）。

混合轉(zhuǎn)換器中的所有開關(guān)在穩(wěn)態(tài)運行時都會看到輸入電壓的一半，因此可以使用低額定電壓MOSFET來實現(xiàn)高效率。混合轉(zhuǎn)換器中的開關(guān)相關(guān)損耗低于傳統(tǒng)降壓轉(zhuǎn)換器，可實現(xiàn)高頻開關(guān)。

在典型的48 V至12 V / 25 A應(yīng)用中，滿載時效率高于97％ LTC7821可在500 kHz時切換。為了使用傳統(tǒng)的降壓控制器實現(xiàn)類似的效率，LTC7821必須以三分之一的頻率工作，從而產(chǎn)生更大的解決方案尺寸。更高的開關(guān)頻率允許使用更小的電感，從而產(chǎn)生更快的瞬態(tài)響應(yīng)和更小的解決方案尺寸（圖2）。

LTC7821是具有所需功能的峰值電流模式混合轉(zhuǎn)換器控制器用于數(shù)據(jù)中心和電信系統(tǒng)中的中間總線轉(zhuǎn)換器的非隔離，高效率，高密度降壓轉(zhuǎn)換器的完整解決方案。 LTC7821的主要特性包括：

寬V IN 范圍：10 V至72 V（最大80 V abs）

可鎖相固定頻率：200 kHz至1.5 MHz

集成的四~5 V N溝道MOSFET驅(qū)動器

R SENSE 或DCR電流檢測

可編程CCM，DCM或突發(fā)模式?操作

用于多相操作的CLKOUT引腳

短路保護(hù)

EXTV < sub> CC 輸入以提高效率

單調(diào)輸出電壓啟動

32引腳（5 mm×5 mm）QFN封裝

48 V至12 V，25 A混合轉(zhuǎn)換器，具有640 W / IN 3 功率密度

圖3顯示使用LTC7821的300 W混合轉(zhuǎn)換器，切換為400 kHz。輸入電壓范圍為40 V至60 V，負(fù)載高達(dá)25 A時輸出為12 V.每個飛跨電容使用12個10μF（1210尺寸）陶瓷電容，C FLY 和C <子> MID 。可以使用尺寸相對較小的2μH電感（SER2011-202ML，0.75 in×0.73 in），因為開關(guān)頻率高，并且電感僅在開關(guān)節(jié)點處看到V IN 的一半（小伏秒）。如圖4所示，近似解決方案尺寸為1.45英寸×0.77英寸，導(dǎo)致功率密度約為640 W / in 3 。

由于底部三個開關(guān)總是看到輸入電壓的一半，因此使用40 V額定FET。最高開關(guān)使用80 V額定FET，因為它在啟動期間看到C FLY 和C MID 預(yù)充電開始時的輸入電壓（無開關(guān)） 。在穩(wěn)態(tài)操作期間，所有四個開關(guān)都看到輸入電壓的一半。因此，與其中所有開關(guān)都看到全輸入電壓的降壓轉(zhuǎn)換器相比，混合轉(zhuǎn)換器中的開關(guān)損耗要小得多。圖5顯示了設(shè)計的效率。峰值效率為97.6％，滿載效率為97.2％。具有高效率（低功率損耗），熱性能非常好，如圖6溫度記錄儀所示。熱點為92°C，環(huán)境溫度為23°C，沒有強制通風(fēng)。

LTC7821實現(xiàn)了一個獨特的C FLY 和C MID 預(yù)平衡技術(shù)，可防止啟動期間的輸入浪涌電流。在初始上電期間，測量快速電容器C FLY 和C MID 兩端的電壓。如果這些電壓中的任何一個不在V IN / 2，則允許TIMER電容充電。當(dāng)TIMER電容電壓達(dá)到0.5 V時，內(nèi)部電流源導(dǎo)通，使C FLY 電壓達(dá)到V IN / 2。在C FLY 電壓達(dá)到V IN / 2后，C MID 充電至V IN / 2。在此期間，TRACK / SS引腳被拉低，所有外部MOSFET都被關(guān)斷。如果在TIMER電容電壓達(dá)到1.2 V之前，C FLY 和C MID 兩端的電壓達(dá)到V IN / 2，則釋放TRACK / SS，并開始正常的軟啟動。圖7顯示了這個預(yù)平衡周期，圖8顯示了48 V輸入時V OUT 軟啟動，25 A時12 V輸出。

1.2 kW多相混合轉(zhuǎn)換器

LTC7821的易擴(kuò)展性使其非常適合高電流應(yīng)用，例如電信和數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用。圖9顯示了使用多個LTC7821的2相混合轉(zhuǎn)換器的關(guān)鍵信號連接。一個LTC7821的PLLIN引腳和另一個LTC7821的CLKOUT引腳連接在一起以同步PWM信號。

對于具有兩個以上相位的設(shè)計，PLLIN引腳和CLKOUT引腳相連在菊花鏈中。由于CLKOUT引腳上的時鐘輸出相對于LTC7821的主時鐘是180°異相，所以偶數(shù)相位彼此同相，而奇數(shù)相位則相反于均勻相反。

圖10顯示了一個4相，1.2 kW混合轉(zhuǎn)換器。每相的功率級與圖3中的單相設(shè)計相同。輸入電壓范圍為40 V至60 V，輸出為12 V負(fù)載高達(dá)100 A.峰值效率為97.5％，滿載效率為97.1％，如圖11所示。熱性能如圖12所示。熱點溫度為81°C，環(huán)境溫度為23°C，200 LFM強制通風(fēng)。在該設(shè)計中使用電感器DCR感測。如圖13所示，電流共享在四個階段之間得到很好的平衡。

結(jié)論

LTC7821是峰值電流模式混合轉(zhuǎn)換器控制器，可在數(shù)據(jù)中心和電信系統(tǒng)中實現(xiàn)創(chuàng)新，簡化的中間總線轉(zhuǎn)換器實施方法。混合轉(zhuǎn)換器中的所有開關(guān)都可以看到輸入電壓的一半，從而顯著降低高輸入/輸出電壓應(yīng)用中的開關(guān)相關(guān)損耗。因此，混合轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率可以比降壓轉(zhuǎn)換器高2倍至3倍，而不會影響效率。混合轉(zhuǎn)換器可以輕松擴(kuò)展以適應(yīng)更高電流的應(yīng)用。較低的總體成本和易于擴(kuò)展的性能使混合轉(zhuǎn)換器與傳統(tǒng)的隔離總線轉(zhuǎn)換器區(qū)別開來。