双向桥接转换器解决 12V 转 48V DC 电源转换难题

考虑到升级甚至重新设计 12V 系统的局限性，提升母线电压才是更优解，而 48V 系统是理想的选择，原因如下：

• 48V 是 12V 系统的整四倍，非 AC 供电应用（甚至是 AC/电池双供电应用），可采用四节电池串联实现；

• 48V 架构最大限度地提高了电网效率，同时远低于安全极限阈值（大多数法规通常要求为 60V），因此无需采取特殊预防措施；

• 在这一相对适中的更高电压下，不会引发绝缘击穿或闪络问题；

• 虽然电压超过 12V，但许多半导体工艺都能轻松处理这一电压值。

电气优势显而易见。在相同功率水平和现有电缆条件下，48V 系统的电流仅为 12V 系统的四分之一，因此电阻损耗降低了 75%。此外，还可以使用更细的线缆，同时将损耗控制在可接受的范围内。从功率角度看，如果使用原有线缆，线缆损耗可降至原先的十六分之一；而采用更细的线缆也能将功耗和自发热控制在更低水平。

然而，设计系统时强制完全切换到 48V 并不现实。现有的传统 12V DC 电源、负载及组件数量庞大，无法放弃，也不应该轻易放弃。真正的挑战在于如何实现平滑过渡——既能利用传统 12V 母线创建新型 48V 母线，也能让新型 48V 电子设备为传统 12V 系统供电。

在许多设计方案中，既有传统 12V 系统，也有新型 48V 系统，这就需要在两种电压之间实现高效率、高密度的转换。值得庆幸的是，Vicor 推出的电源模块可完美桥接 48V 与 12V 电源母线。

图 1：1000W 的 DCM3717 (右)与 2000W 的 DCM3735 (左)是紧凑、高效的 48V 转 12V 降压非隔离 DC-DC 转换器。

这些模块采用的精密设计仅需少量外部组件，就可显著提升板级功率密度（如图 2 所示）。它们的开关频率超过 1MHz 时，峰值效率高达 96%，这充分表明其对系统热负荷影响极低。这些转换器既可独立使用，也可与下游负载点（PoL）产品配合使用，以支持高效的配电网络。

图 2：DCM3717 与 DCM3735 的高度集成极大降低了设计挑战与潜在问题。

这种表面贴装（SM-ChiP™）转换器采用电镀覆膜封装，使其结构远比分立式解决方案更加紧凑（如图 3 所示）。数据说明了一切：1000W 的 DCM3717 其具体尺寸为仅 36.7mm × 17.3mm × 5.2mm，而 2000W 的 DCM3735 为 36.7mm × 35.4mm × 5.2mm。尽管体积小巧，这些封装仍具有出色的散热性能，散热均匀且可预测，因为封装的上下表面热阻抗较低，便于热管理。

图 4：NBM2317 双向 DC-DC 转换器可将标称 48V 电源轨降压至 12V，以支持传统组件。

同一模块还可用于升压模式，能够将传统 12V 母线提升至 48V 母线，从而为低压母线系统中的新硬件供电（如图 5 所示）。

图 5：NBM2317 双向 DC-DC 转换器亦可实现 12V 转 48V 的升压转换，直接为 48V 电源轨及其他局部 DC-DC 转换器供电。

SM-ChiP™ 板载封装技术可提供高密度、高效率、低成本的解决方案，以应对新旧母线电压挑战。其尺寸仅为 23mm × 17mm × 5.2mm，占板面积只有传统低频（低于 1MHz）转换器的一小部分。

这款非隔离型桥接转换器可提供 1000W 连续功率与 1.5kW 峰值功率，在 800W 负载时峰值效率达 97.9%。其额定输出电流（降压模式）为 60A 连续电流与 100A 瞬态电流（持续 2ms），而升压模式对应值为 15A 连续电流与 25A 瞬态电流。内置滤波功能无需外接组件即可实现低噪声输出，对负载端瞬态的响应时间低于 1μs，同时将输出电压稳定维持在较窄的电压范围内。