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(jiàn)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(guò)小、效率低下等問(wèn)題。代理銷(xiāo)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(jìn)行合理設(shè)計(jì)選型。

一、單級(jí)降壓架構(gòu)的問(wèn)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(shí)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(kāi)關(guān)頻率為1MHz（周期1000ns），則導(dǎo)通時(shí)間僅為70ns。

峰值電流高：由于導(dǎo)通時(shí)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(jìn)而帶來(lái)更高的功率損耗。

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

二、兩級(jí)級(jí)聯(lián)架構(gòu)：中間電壓法

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

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

第二級(jí)：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(jí)架構(gòu)的80%。

雖然增加了組件數(shù)量，但每一級(jí)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(jì)，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(duì)于追求更高效率和更緊湊布局的設(shè)計(jì)，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(guò)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(shì)特點(diǎn)：

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(jí)結(jié)構(gòu)；

轉(zhuǎn)換效率高達(dá)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(kuò)展至25A以上輸出電流；

采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，改善EMI性能。

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

如需LTM8027、 LTC7821產(chǎn)品規(guī)格書(shū)、樣片測(cè)試、采購(gòu)、BOM配單等需求，請(qǐng)加客服微信：13310830171。

四、拓?fù)溥x擇建議與工程考量

五、總結(jié)

在面對(duì)48V轉(zhuǎn)3.3V等高壓直降低壓的挑戰(zhàn)時(shí)，傳統(tǒng)的單級(jí)降壓架構(gòu)因占空比過(guò)小而效率受限。兩級(jí)級(jí)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?fù)涞膬?yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了高效、緊湊的設(shè)計(jì)方案。

工程師應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景中的效率要求、空間限制、成本預(yù)算以及系統(tǒng)擴(kuò)展性，靈活選擇合適的電源拓?fù)浣Y(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(jìng)爭(zhēng)力的電源系統(tǒng)。