基于LTC7821的混合式降压架构：提升非隔离IBC效率与集成度

在现代分布式供电系统中，中间总线转换器（IBC）广泛应用于为负载点（PoL）调节器提供5 V至12 V的中间电压。传统IBC通常采用带大型变压器的隔离式拓扑结构，并配合输出电感进行滤波，适用于数据通信、电信及医疗设备等场景。

然而，在许多新型48 V/54 V直接转换应用中，由于上游电源已具备市电隔离能力，因此对IBC实施电气隔离并非必要。这为非隔离式IBC的应用提供了空间，不仅降低了成本和尺寸，还提升了效率和设计灵活性。

一、传统方案的局限性

典型的同步降压转换器用于非隔离IBC时，受限于MOSFET的开关损耗，尤其在输入电压较高（如48 V）且工作频率上升的情况下，效率显著下降。此外，为实现较高的功率密度，需降低开关频率，从而导致磁性元件体积增大，限制了整体小型化潜力。

二、LTC7821：混合式降压控制器的新架构

代理销售ADI旗下全系列IC电子元器件-中芯巨能推荐您使用这款采用创新的开关电容 + 同步降压混合架构LTC7821，先通过开关电容电路将输入电压减半，再由同步降压级完成最终电压调节。该方法具有以下优势：

更高的开关频率：可在不牺牲效率的前提下提升至传统方案的3倍，支持更小的磁性元件和输出滤波器。

软开关特性：降低MOSFET的开关损耗和EMI，提升系统可靠性。

效率提升：在相同频率下，效率可提高约3%；而在相同效率条件下，解决方案尺寸最多可缩小50%。

高功率扩展能力：支持多相并联运行，实现精准均流，避免热点问题。

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三、关键性能参数与保护机制

LTC7821支持10 V至72 V宽输入范围（绝对最大值80 V），输出电流能力取决于外部元件配置。其固定开关频率可在200 kHz至1.5 MHz之间设定，适用于高功率密度设计。

典型应用如48 V输入转12 V/20 A输出，在500 kHz开关频率下效率可达97%。相比传统同步降压方案，LTC7821无需降低频率即可维持高效能，显著减少磁性元件体积。

该器件内置多项保护功能，包括：

输入浪涌电流抑制（通过电容预平衡）

输出过流保护（使用检测电阻）

温度监测与故障响应

可编程重启时间控制

±1%输出电压精度

支持多相操作的时钟输出

短路保护与输出电压软启动

此外，EXTVCC引脚允许使用较低电压辅助电源供电，进一步优化功耗表现。

四、实际应用验证与效率对比

图4展示了三种不同架构在同一应用场景下的效率对比：

• 单级降压（125 kHz，6 V栅极驱动）：效率略低，但磁性元件较大。

• 单级降压（200 kHz，9 V栅极驱动）：效率略有提升，但仍受制于高频损耗。

• LTC7821混合架构（500 kHz，6 V栅极驱动）：在更高频率下保持相同甚至更优效率，同时磁性元件体积缩小56%，整体解决方案尺寸减少达50%。

这一结果充分体现了LTC7821在高功率密度和高效率之间的优异平衡能力。

五、主控环路与工作原理简析

LTC7821采用电流模式控制架构，结合逐周期限流机制，确保稳定性和快速动态响应。其核心工作机制如下：

开关电容阶段完成VIN/2变换；

后续同步降压级调节至目标输出电压；

MOSFET交替导通，利用CFLY电容在串联与并联状态间切换；

ITH引脚电压控制峰值电流，实现闭环稳压；

多相并联时，可通过外接时钟信号实现精确均流。

这种控制方式不仅提高了系统的稳定性，也增强了在多模块并行应用中的适应性。

六、总结与适用场景

LTC7821所代表的混合式降压架构，突破了传统IBC在效率与尺寸上的瓶颈。其结合开关电容前端与同步降压后端的设计理念，实现了更高的功率密度、更低的EMI以及更强的扩展能力。

该方案特别适用于以下领域：

数据中心与服务器供电系统

5G无线基站与光模块供电

工业自动化与边缘计算平台

新兴48 V汽车电气系统

对于追求高性能、高集成度和高可靠性的工程师而言，LTC7821为新一代非隔离IBC提供了一种极具吸引力的技术路径。