duiyujianggaodianyashuruzhuanhuanchengdidianyashuchudedianyuanzhuanhuanqi，gairuhetigaoxiaolv？daanshi
，duiyuyaoqiuconggaoshurudianyazhuanhuanchengjidishuchudianyadegezhongyingyong
，yejiemuqianfazhanchuxuduobutongdejiejuefangan。qizhongyigelizi
，jiushicong48伏特轉換成3.3伏特。這樣的降壓規格常見於信息科技領域的服務器
，以及各種電信應用。

 

圖1 僅透過一個轉換步驟就從48伏特轉換成3.3伏特。

 

如果在這種單一轉換步驟中使用降壓轉換器(buck)，如圖1所示
，就會出現工作周期偏低的問題。工作周期(duty cycle)是指運行時間(主開關開啟)與關閉時間(主開關關閉)之間的比值。降壓轉換的工作周期是透過以下的公式計算而出：

 

 

根據其輸入電壓為48伏特(V)，輸出電壓為3.3伏特，計算出其工作周期約為7%。這代表在1MHz(每個切換周期1,000奈秒(ns))的切換頻率下
，Q1切換開關僅有70奈秒的時間是在開啟(ON)狀態。對於這樣的電路，通常會選用切換開關穩壓器來讓啟動時間維持在70奈秒以下。但如果選用這樣的組件，也會衍生出另一個挑戰。

 

功(gong)率(lv)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)極(ji)高(gao)的(de)降(jiang)壓(ya)穩(wen)壓(ya)器(qi)如(ru)果(guo)在(zai)非(fei)常(chang)短(duan)的(de)工(gong)作(zuo)周(zhou)期(qi)運(yun)作(zuo)，其(qi)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)就(jiu)會(hui)下(xia)滑(hua)
，這(zhe)是(shi)因(yin)為(wei)能(neng)夠(gou)用(yong)來(lai)將(jiang)電(dian)力(li)儲(chu)存(cun)到(dao)電(dian)感(gan)的(de)時(shi)間(jian)變(bian)得(de)非(fei)常(chang)少(shao)。係(xi)統(tong)需(xu)要(yao)透(tou)過(guo)電(dian)感(gan)組(zu)件(jian)在(zai)極(ji)長(chang)的(de)關(guan)閉(bi)狀(zhuang)態(tai)提(ti)供(gong)運(yun)作(zuo)所(suo)需(xu)的(de)電(dian)力(li)。因(yin)此(ci)這(zhe)樣(yang)的(de)設(she)定(ding)通(tong)常(chang)會(hui)導(dao)致(zhi)電(dian)路(lu)的(de)尖(jian)峰(feng)電(dian)流(liu)變(bian)得(de)極(ji)高(gao)。為(wei)了(le)降(jiang)低(di)這(zhe)些(xie)尖(jian)峰(feng)電(dian)流(liu)，L1的電感必須拉高
，這是因為在啟動狀態時
，L1會經曆很高的電壓差，如圖1所示。

 

在這個例子中
，可觀察到在啟動狀態時有大約44伏特的電經過電感
，48伏特在開關節點一側，3.3伏特在輸出側。電感的電流可用以下公式算出:

 

 

ruguoyouyigegaodianyajingguodiangan，zaiyiduangudingshijianneidianliuhuishenggao
，erdianganzhizeweichiguding。yaojiangdidiangandejianfengdianliu，jiubixuxuanyonggenggaodedianganzhi，ranergenggaodedianganzhiquehuilagaogonglvhaosun。zaishangshuzhexiedianyatiaojianxia，Analog Devices的一款高效率LTM8027 µModule穩壓器能在4安培的輸出電流下達到80%的電源效率。

 

圖2 在2個步驟下電壓從48伏特轉換成3.3伏特
，過程中還用到一個12伏特的中間電壓。

 

在提高電源效率方麵
，業界目前經常使用且更有效率的一種電路解決方案，就是產生一個中間電壓(intermediate voltage)。將兩個高效率降壓穩壓器重疊配置，如圖2所示。在第一個步驟中，48伏特電壓降到12伏特，之後在第二步驟再降到3.3伏特。而µModule穩壓器在從48伏特降至12伏特時，轉換效率超過92%。從12伏特降到3.3伏特的第二步驟，用的則是LTM4624
，其轉換效率達到90%，總電源轉換效率則達到83%
，這比圖1所示的直接轉換方法要高出3%。

 

這個結果很讓人驚訝
，因為3.3伏特的輸出電源必須經過兩個獨立的切換穩壓器電路。圖1所示電路的效率比較低，因為其工作周期較短且形成高電感尖峰電流所致。

 

在(zai)比(bi)較(jiao)單(dan)步(bu)驟(zhou)降(jiang)壓(ya)架(jia)構(gou)
，以(yi)及(ji)中(zhong)間(jian)緩(huan)衝(chong)型(xing)總(zong)線(xian)架(jia)構(gou)時(shi)，還(hai)得(de)考(kao)慮(lv)電(dian)源(yuan)效(xiao)率(lv)以(yi)外(wai)的(de)許(xu)多(duo)因(yin)素(su)。但(dan)本(ben)文(wen)僅(jin)探(tan)討(tao)電(dian)源(yuan)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)的(de)幾(ji)項(xiang)重(zhong)點(dian)。解(jie)決(jue)這(zhe)項(xiang)基(ji)本(ben)問(wen)題(ti)其(qi)中(zhong)一(yi)種(zhong)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)
，就(jiu)是(shi)新(xin)推(tui)出(chu)的(de)LTC7821
，這款混合式降壓控製器結合了充電泵，以及降壓穩壓器的功能，讓工作周期變成VIN/VOUT 比值的2倍，因此能在極高的電源轉換效率下達到極高的降壓比。

 

中(zhong)間(jian)電(dian)壓(ya)的(de)生(sheng)成(cheng)，對(dui)於(yu)提(ti)高(gao)電(dian)源(yuan)供(gong)應(ying)器(qi)的(de)整(zheng)體(ti)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)非(fei)常(chang)管(guan)用(yong)。業(ye)界(jie)對(dui)於(yu)這(zhe)類(lei)極(ji)短(duan)工(gong)作(zuo)周(zhou)期(qi)致(zhi)力(li)提(ti)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)方(fang)麵(mian)
，已(yi)累(lei)積(ji)可(ke)觀(guan)的(de)進(jin)展(zhan)，如(ru)圖(tu)1所示，像是采用速度極快的氮化镓(GaN)切換開關，協助降低切換損耗，進而提高電源轉換效率。不過這類解決方案目前的成本都高於圖2所示的重疊配置解決方案。








推薦閱讀：


一文了解智能駕駛核心激光雷達 
低功耗CPU是怎樣煉成的？ 
詳細解析電源電路中變壓、整流

、濾波電路 
物聯網無線技術藍牙和WiFi的區別有哪些
？ 
一種X波段非接觸式C形微帶探針設計