在現(xiàn)代分布式供電系統(tǒng)中，中間總線轉(zhuǎn)換器（IBC）廣泛應(yīng)用于為負(fù)載點(diǎn)（PoL）調(diào)節(jié)器提供5 V至12 V的中間電壓。傳統(tǒng)IBC通常采用帶大型變壓器的隔離式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并配合輸出電感進(jìn)行濾波，適用于數(shù)據(jù)通信、電信及醫(yī)療設(shè)備等場景。

然而，在許多新型48 V/54 V直接轉(zhuǎn)換應(yīng)用中，由于上游電源已具備市電隔離能力，因此對IBC實施電氣隔離并非必要。這為非隔離式IBC的應(yīng)用提供了空間，不僅降低了成本和尺寸，還提升了效率和設(shè)計靈活性。

一、傳統(tǒng)方案的局限性

典型的同步降壓轉(zhuǎn)換器用于非隔離IBC時，受限于MOSFET的開關(guān)損耗，尤其在輸入電壓較高（如48 V）且工作頻率上升的情況下，效率顯著下降。此外，為實現(xiàn)較高的功率密度，需降低開關(guān)頻率，從而導(dǎo)致磁性元件體積增大，限制了整體小型化潛力。

二、LTC7821：混合式降壓控制器的新架構(gòu)

代理銷售ADI旗下全系列IC電子元器件-中芯巨能推薦您使用這款采用創(chuàng)新的開關(guān)電容 + 同步降壓混合架構(gòu)LTC7821，先通過開關(guān)電容電路將輸入電壓減半，再由同步降壓級完成最終電壓調(diào)節(jié)。該方法具有以下優(yōu)勢：

更高的開關(guān)頻率：可在不犧牲效率的前提下提升至傳統(tǒng)方案的3倍，支持更小的磁性元件和輸出濾波器。

軟開關(guān)特性：降低MOSFET的開關(guān)損耗和EMI，提升系統(tǒng)可靠性。

效率提升：在相同頻率下，效率可提高約3%；而在相同效率條件下，解決方案尺寸最多可縮小50%。

高功率擴(kuò)展能力：支持多相并聯(lián)運(yùn)行，實現(xiàn)精準(zhǔn)均流，避免熱點(diǎn)問題。

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三、關(guān)鍵性能參數(shù)與保護(hù)機(jī)制

LTC7821支持10 V至72 V寬輸入范圍（絕對最大值80 V），輸出電流能力取決于外部元件配置。其固定開關(guān)頻率可在200 kHz至1.5 MHz之間設(shè)定，適用于高功率密度設(shè)計。

典型應(yīng)用如48 V輸入轉(zhuǎn)12 V/20 A輸出，在500 kHz開關(guān)頻率下效率可達(dá)97%。相比傳統(tǒng)同步降壓方案，LTC7821無需降低頻率即可維持高效能，顯著減少磁性元件體積。

該器件內(nèi)置多項保護(hù)功能，包括：

輸入浪涌電流抑制（通過電容預(yù)平衡）

輸出過流保護(hù)（使用檢測電阻）

溫度監(jiān)測與故障響應(yīng)

可編程重啟時間控制

±1%輸出電壓精度

支持多相操作的時鐘輸出

短路保護(hù)與輸出電壓軟啟動

此外，EXTVCC引腳允許使用較低電壓輔助電源供電，進(jìn)一步優(yōu)化功耗表現(xiàn)。

四、實際應(yīng)用驗證與效率對比

圖4展示了三種不同架構(gòu)在同一應(yīng)用場景下的效率對比：

• 單級降壓（125 kHz，6 V柵極驅(qū)動）：效率略低，但磁性元件較大。

• 單級降壓（200 kHz，9 V柵極驅(qū)動）：效率略有提升，但仍受制于高頻損耗。

• LTC7821混合架構(gòu)（500 kHz，6 V柵極驅(qū)動）：在更高頻率下保持相同甚至更優(yōu)效率，同時磁性元件體積縮小56%，整體解決方案尺寸減少達(dá)50%。

這一結(jié)果充分體現(xiàn)了LTC7821在高功率密度和高效率之間的優(yōu)異平衡能力。

五、主控環(huán)路與工作原理簡析

LTC7821采用電流模式控制架構(gòu)，結(jié)合逐周期限流機(jī)制，確保穩(wěn)定性和快速動態(tài)響應(yīng)。其核心工作機(jī)制如下：

開關(guān)電容階段完成VIN/2變換；

后續(xù)同步降壓級調(diào)節(jié)至目標(biāo)輸出電壓；

MOSFET交替導(dǎo)通，利用CFLY電容在串聯(lián)與并聯(lián)狀態(tài)間切換；

ITH引腳電壓控制峰值電流，實現(xiàn)閉環(huán)穩(wěn)壓；

多相并聯(lián)時，可通過外接時鐘信號實現(xiàn)精確均流。

這種控制方式不僅提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，也增強(qiáng)了在多模塊并行應(yīng)用中的適應(yīng)性。

六、總結(jié)與適用場景

LTC7821所代表的混合式降壓架構(gòu)，突破了傳統(tǒng)IBC在效率與尺寸上的瓶頸。其結(jié)合開關(guān)電容前端與同步降壓后端的設(shè)計理念，實現(xiàn)了更高的功率密度、更低的EMI以及更強(qiáng)的擴(kuò)展能力。

該方案特別適用于以下領(lǐng)域：

數(shù)據(jù)中心與服務(wù)器供電系統(tǒng)

5G無線基站與光模塊供電

工業(yè)自動化與邊緣計算平臺

新興48 V汽車電氣系統(tǒng)

對于追求高性能、高集成度和高可靠性的工程師而言，LTC7821為新一代非隔離IBC提供了一種極具吸引力的技術(shù)路徑。