UPS不间断电源广西咨询热线
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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。
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。
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X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)。
混合式转换器中的所有开关管在稳态工作时都只承受一半的输入电压,因此能够使用低额定电压的 MOSFET以实现高效率。混合式转换器因开关切换引起的损耗低于传统的降压型转换器,从而可实现高频开关。
在典型的 48 V 至 12 V/25 A 应用中,LTC7821 在 500 kHz 开关频率时可实现X过 97% 的满载效率。要使用传统的降压型控制器达到相同的效率,必须以三分之一的频率运行,因而导致解决方案的尺寸大很多。更高的开关频率允许使用更小的电感,从而使瞬态响应更快并且解决方案尺寸更小。
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)。
LTC7821 是一款峰值电流模式的混合式转换器控制器,提供非隔离式高效率、高密度降压型转换器完整解决方案所需的功能,适合用作数据中心和电信系统的中间总线转换器。LTC7821 的主要特性包括:
宽 VIN 范围:10 V 至 72 V (80 V 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
显示了一个采用 LTC7821、开关频率为 400 kHz 的 300 W 混合式转换器。输入电压范围为 40 V 至 60 V,输出电压为 12 V,大负载为 25 A。飞跨电容 CFLY 和 CMID 均使用 12 个 10 μF (1210 尺寸) 陶瓷电容。因为开关频率高且电感在开关节点处仅承受一半的 VIN (伏秒值小),所以可以使用相对较小尺寸的 2 μH 电感 (SER2011-202ML,0.75 英寸 × 0.73 英寸)。解决方案的尺寸大约为 1.45 英寸 × 0.77 英寸,功率密度大约为 640 W/in3