【经验】EPC和RENESAS争相为构建高降压比DC/DC电源转换器的提供多种选择
设计高降压比DC/DC电源转换器并非易事，特别是将48VDC输入转换为3.3VDC输出及以下时，因为以最低成本保持高效率和高密度是一项挑战。DC/DC电源转换器主要用于电信系统和数据中心计算机，这些设备的电路板上安装有现代DSP、FPGA和ASIC，需要3.3V或更低的电压。为了避免构建极具挑战的高降压比降压转换器，设计人员一直在使用中间总线转换器来进一步降低流行的用于上述系统的48VDC总线电压，降为24V、12V或更低的中间电压电平。这是为了简化分布式电源架构设计而增加的另一个降压阶段，但是增加了系统板的成本和空间，同时也降低了整体效率性能。
多年来，为了消除中间功率转换阶段，一些制造商已经以高成本为代价提供了具有高效率和高密度的这种高降压比转换器。例如，EPC展示了采用增强型氮化镓（eGaN）FET的48V至1.2V非隔离降压转换器。EPC的初始演示板采用了第一代100V的eGaN FET，如EPC1001和EPC1007，使得非隔离降压转换器能够在48V输入电压下工作，并产生1.2V的低输出电压。据供应商称，新一代版本如EPC2001和EPC2007可以提高效率，并具有更高的可靠性和成本竞争力。
经济高效的解决方案
在商用电源中，成本同样重要，因此Intersil（RENESAS子公司）等其他供应商采用硅部件来提供高性能、低成本的高降压比DC/DC转换器解决方案。越来越多的竞争者正在进入这个舞台。
例如，Intersil已经准备好了一款高压同步降压PWM降压控制器——ISL8117，它可以实现以48V为输入的高降压比转换。根据Intersil的说法，该款同步降压PWM控制器的低占空比（最小导通时间为40ns）可实现从48V输入的高电压到1.2V或更低的低负载点（POL）电压的直接降压转换。因此，供应商表示，设计人员可以降低系统复杂性和解决方案成本，同时保持工业、工厂自动化、医疗和通信基础设施应用的性能。
根据ISL8117的数据手册，该款PWM控制器采用了谷值电流模式调制和自适应斜率补偿，可以在很宽的输入和输出电压范围内稳定工作，并无需外部补偿。此外，系统设计人员还可以使用高达2MHz的控制器可调频率来优化电源成本、尺寸和效率。ISL8117提供可编程软启动和使能功能以及电源良好指示器，便于电源轨排序和其他内部管理要求。此外，根据产品数据手册，只需要大约10个外部元件即可完成具有过压、过流和过温保护的高降压比降压转换器解决方案，如图1所示。该款PWM控制器采用了空间敏感的16引脚QFN和HTSSOP封装，两种封装都使用EPAD来改善散热和抗噪性。
图1 ISL8117集成了用于MOSFET和保护电路的控制电路驱动器，以简化高降压比降压转换器的设计
这种转换器的效率取决于关键参数，如VIN和VOUT的比值，功率MOSFET的RDS(on)，开关频率和电感。如果所有其他参数保持不变，则效率会随着VIN和VOUT比值的增加而降低。例如，如果48V至3.3V DC/DC转换器的峰值效率约为85％，当输出约为1V且输入为48V时，其效率将下降几个百分点。
为了在实际应用中评估该控制器，Intersil制作了两款评估板。低功耗评估板ISL8117EVAL1Z专为高电流应用而设计。其电气参数包括4.5-60V输入电压范围，600kHz开关频率，输出电流为6A时3.3V的输出电压。该设计中的过流保护设定点在室温下为8A（最小值）。该电路板用于评估 ISL8117控制器的典型原理图如图2所示。在不同输入电压且固定3.3V输出，以及负载不断变化的情况下，该设计的测量效率性能如图3所示。
图2 典型评估板ISL8117EVAL1Z原理图，适用于4.5-60V输入和6A时3.3V输出
图3 连续电流模式（CCM）中高降压比降压转换器的效率与输出电流的关系
从上图可以观察到48V输入的峰值效率约为78％，当输入降至24V时，峰值效率增加10个百分点以上。如果相同输入的输出更高，则效率会上升，如第二个高功率评估板ISL8117EVAL2Z，设计用于18-60V输入和20A时12V输出。这种高功率电路板设计可提供超过200W的功率。图4显示了12V输出电路板ISL8117EVAL2Z的效率曲线。
图4 连续电流模式降压转换器的效率与负载电流，输入范围为18-60V，20A时输出为12V
总之，随着越来越多的供应商看到这个领域的机遇，设计人员构建高降压比降压转换器时的选择正在增加。有些人倾向于提供从48V总线电压到低处理器电压的完整解决方案，还有其他一些人选择提供高压同步降压控制器。同时，eGaN FET也进入了该领域与硅部件同场竞争。
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产品型号
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品类
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Configuration
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VDSmax(V)
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VGSmax(V)
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Max RDS(on) (mΩ)
@ 5 VGS
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QG typ(nC)
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QGS typ (nC)
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QGD typ (nC)
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QOSS typ (nC)
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QRR(nC)
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CISS (pF)
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COSS (pF)
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CRSS (pF)
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ID(A)
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Pulsed ID (A)
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Max TJ (°C)
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Package(mm)
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Launch Date
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EPC2040
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Enhancement Mode Power Transistor
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Single
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15
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6
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0.745
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0.23
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0.42
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0
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86
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67
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20
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3.4
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28
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150
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BGA 0.85 x 1.2
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Apr, 2017
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选型表 - EPC 立即选型
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品类
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最大耐压（V）
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持续电流(A)
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导通阻抗(mΩ)
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导通电荷(nC)
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峰值电流(A)
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封装（mm)
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EPC2040
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Enhancement Mode Power Transistor
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15V
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3.4A
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30mΩ
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0.745nC
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28A
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BGA 0.85 mm*1.2mm
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