東芝最近宣布了一項新的非隔離DC-DC轉換器技術，該技術工作電壓范圍從48伏到1伏。這些設備解決了由于服務器和數據中心需求增加而導致的傳導損耗問題，這些需求增加了DC-DC轉換器中的負載電流。更高的負載電流和傳導損耗會產生熱量并降低整體效率。

　　為了減輕這些損耗，行業標準已經將輸入電壓從12伏提升到了48伏。這減少了給定功率水平下的電流，從而降低了傳導損耗。然而，這一轉變也為DC-DC轉換器設計帶來了新挑戰，特別是在降壓拓撲方面。

　　東芝聲稱其新的星-三角開關拓撲實現了業界最高的電流密度，同時消除了對于具有48伏輸入和1伏輸出的DC-DC轉換器IC使用變壓器的需求。

　　東芝利用星-三角開關拓撲

　　在2024年IEEE VLSI技術與電路研討會上，東芝展示了其新的48伏到1伏非隔離DC-DC轉換器技術。測試設備達到了高達790 mA/mm2的電流密度和高達88%的功率轉換效率。

　　根據東芝的說法，其星-三角開關拓撲消除了通常在隔離拓撲中用于管理脈寬擴展的變壓器的需求。相反，東芝使用電感和電容的混合配置，通過FETs精心控制，顯著減少了外部組件的體積和數量。東芝聲稱，其星-三角拓撲將每個脈寬擴展比的電容數量從0.8到1.0減少到了0.5到0.6。

　　東芝通過一系列測試芯片展示了該拓撲的有效性。公司開發了一種自舉電路，將布局面積減少了高達61%，以及一種支持主動偏置電流方案的電平轉換器電路，將偏置電流減少了高達92%。

　　消除變壓器和電容的體積

　　在降壓轉換器中，驅動功率開關的脈寬必須比12伏時短四倍，以將輸入電壓提升到48伏。這種減少的脈寬增加了開關損耗，因為在開和關狀態之間的過渡變得更加頻繁且效率較低。這些開關損耗直接降低了系統的整體功率轉換效率。

　　設計師通常在隔離拓撲中使用變壓器來解決這些效率問題。變壓器可以擴展脈寬并防止開關損耗，但它們也為設計增加了顯著的體積，這在空間受限的應用中是個問題。

　　非隔離混合拓撲是一個緊湊的替代方案。這些設計使用電感和電容的組合來管理脈寬擴展，而不需要體積龐大的變壓器。與基于變壓器的解決方案相比，這種方法可以將轉換器的總體積減少10到100倍。盡管具有節省空間的優勢，混合拓撲也帶來了自己的挑戰。

　　一個顯著的缺點是需要大量電容——通常每個脈寬擴展比需要0.8到1.0個電容。這增加的電容數量導致更高的外部組件密度和引腳布線的擁擠，復雜化了PCB布局并增加了安裝成本。額外的電容和復雜的布線提高了制造成本，并對系統的可靠性和維護提出了挑戰。