在現(xiàn)代電源系統(tǒng)中，從高壓輸入（如48V）轉(zhuǎn)換至極低電壓輸出（如3.3V）的需求日益增加，尤其常見于服務(wù)器、通信設(shè)備和工業(yè)控制系統(tǒng)。然而，直接降壓面臨占空比過小、效率低下等問題。代理銷售ADI旗下全系列IC電子元器件-中芯巨能將介紹幾種主流的高效率轉(zhuǎn)換方案，并分析其優(yōu)劣，幫助工程師進行合理設(shè)計選型。

一、單級降壓架構(gòu)的問題與限制

使用單一同步降壓轉(zhuǎn)換器從48V降至3.3V是最直觀的方法，但在實際應(yīng)用中存在顯著挑戰(zhàn)：

占空比極低：根據(jù)

在48V輸入、3.3V輸出條件下，占空比約為7%。若開關(guān)頻率為1MHz（周期1000ns），則導(dǎo)通時間僅為70ns。

峰值電流高：由于導(dǎo)通時間短，電感L1必須承受較大的電壓差（約44.7V），導(dǎo)致電流迅速上升，需選用較大電感值以抑制峰值電流，進而帶來更高的功率損耗。

以ADI的LTM8027為例，在此條件下僅能實現(xiàn)約80%的轉(zhuǎn)換效率，難以滿足高性能系統(tǒng)對效率的要求。

二、兩級級聯(lián)架構(gòu)：中間電壓法

為提升效率，常見的替代方案是采用兩級降壓結(jié)構(gòu)，即先將高壓轉(zhuǎn)換為一個中間電壓（如12V），再進一步降至目標電壓。

第一級：使用LTM8027將48V轉(zhuǎn)為12V，效率可達92%以上；

第二級：使用LTM4624將12V轉(zhuǎn)為3.3V，效率約為90%；

整體效率：83%，優(yōu)于單級架構(gòu)的80%。

雖然增加了組件數(shù)量，但每一級工作在更理想的占空比范圍內(nèi)，降低了電感峰值電流，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。此外，該方法還便于模塊化設(shè)計，適用于多路輸出需求。

三、混合式降壓控制器：LTC7821創(chuàng)新方案

對于追求更高效率和更緊湊布局的設(shè)計，LTC7821提供了一種融合電荷泵與同步降壓技術(shù)的混合架構(gòu)：

核心原理：通過C1和C2組成的電荷泵將輸入電壓減半，再由同步降壓電路調(diào)節(jié)輸出電壓；

優(yōu)勢特點：

占空比優(yōu)化為 $D=2\times V_{OUT}\mathrm{/}{V}_{IN}$D=2×VOUT/VIN，顯著高于傳統(tǒng)單級結(jié)構(gòu)；

轉(zhuǎn)換效率高達97%（500kHz下，48V→12V）；

外部MOSFET只需承受較低電壓，有利于降低導(dǎo)通損耗；

支持并聯(lián)多相配置，可擴展至25A以上輸出電流；

采用軟開關(guān)技術(shù)，改善EMI性能。

圖1展示了在不同負載條件下的典型效率曲線，在13A~24A之間效率超過94%，表現(xiàn)出色。

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四、拓撲選擇建議與工程考量

五、總結(jié)

在面對48V轉(zhuǎn)3.3V等高壓直降低壓的挑戰(zhàn)時，傳統(tǒng)的單級降壓架構(gòu)因占空比過小而效率受限。兩級級聯(lián)結(jié)構(gòu)雖增加復(fù)雜度，卻提供了更高的穩(wěn)定性和效率；而LTC7821為代表的混合式控制器則結(jié)合了電荷泵與降壓拓撲的優(yōu)勢，實現(xiàn)了高效、緊湊的設(shè)計方案。

工程師應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用場景中的效率要求、空間限制、成本預(yù)算以及系統(tǒng)擴展性，靈活選擇合適的電源拓撲結(jié)構(gòu)。掌握這三種主流方法的工作原理與適用邊界，有助于構(gòu)建出更可靠、更具競爭力的電源系統(tǒng)。