绝大多数机电或电晶体负载都需要稳定的DC-DC电压转换及严格的稳压，才能可靠运行。执行该功能的 DC-DC 转换器，通常被称为负载点（PoL）稳压器，其设计最大输入电压规范和最小输入电压规格，该规格定义了它们的稳定工作范围。这些稳压器的供电网路（PDN）的复杂性，可能会因为负载的数量和类型、整体系统架构、负载功率级、电压（转换级）以及隔离和稳压要求的不同而异。

许多电源系统设计人员将稳压的DC-DC转换器视为其整体系统设计的关键，但是将正确的电压提供给PoL稳压器，不一定都需要PDN稳压，或者对於中间配电母线电压而言，也不是强制性的。 考虑这一点时，电源系统工程师应该考虑实施固定比率DC-DC转换器，其可为整体PDN 效能带来显着的优势。

PDN效能通常以功耗、瞬态回应、物理尺寸、重量及成本来衡量。影响 PDN效能的主要设计挑战之一，在於网路需要电压转换及严格线路／负载稳压的次数。 工程师用大量时间来优化大型电压转换、动态稳压和配电质量，以实现高性能和高可靠性。

如果系统负载功率在几千瓦范围内，设计大型PDN来处理高压，会?少系统必须分配的电流（P= V × I）。 结果会缩减PDN尺寸、重量和成本（线缆、母线、主机板铜箔电源层）（PLOSS = I2R）。因此，设计人员通常会努力使尽可能多的电路在高电压/小电流下工作，只在接近负载的地方将其转换为低电压/大电流。

但要让高压、高功率PDN靠近负载，则需要高效率和高功率密度的DC-DC转换器。 如果电路需要很大的电压步降，比如从800V或400V降至48V，那麽能?完成这项工作并具有最高效率的转换器将是固定比率转换器。 这些转换器不提供稳压，功耗极少；其高效率的优点可实现更高的功率密度和更便捷的热管理。

何为固定比率转换器?

图一 : 双向固定比率转换器的工作原理与 K=1/16 的降压转换器一样，可用作为 K=16/1 的升压转换器。

固定比率转换器的工作原理与变压器极为相似，但它执行的不是AC-AC转换，而是DC-DC转换，输出电压为固定比例的DC输入电压。 与变压器一样，这种转换器不提供输出电压稳压，输入至输出变压由器件的「匝数比」决定。 该匝数比称为K因数，表示为一个相对於其电压降压能力的分数。K因数从K=1到K=1/72不等，可根据PDN架构及PoL稳压器设计规格进行选择。典型的PDN电压分为低电压（LV）、高电压（HV）及超高电压（UHV）。

固定比率转换器可以是隔离的，也可以非隔离，可通过反向电压转换实现双向功率流。例如一款支持双向功能的 K=1/16 固定比率转换器，可作为一款 K=16/1 的升压转换器运行。

图二 : BCM 输出串连以提高输出电压，从而实现更高的设计灵活性。

图三 : BCM转换器可轻松并联，满足更高的电源需求。

额外的设计灵活性包括易於并联以满足更高的电源要求，以及通过改变 K 因数将转换器串联转以提供更高的输出电压等。

众多终端市场及应用的电源需求急剧上升，因此供电网路正在经历重大变革。电动汽车（EV）、轻度混合动力汽车和??电式混合动力汽车，正在使用 48V 等更高 PDN 电压，48-V电压符合许多系统要求的安全电力低电压（SELV）标准，而P = V × I和PLOSS = I2R的简单电源方程式，也说明了高压 PDN 效率更高的原因。

对於设定功率水准而言，与12-V系统相比，48V系统电流低至1/4、功耗低至1/16。在1/4的电流下，线缆和连接器可能会更小、更轻，而且成本也很低。用於混合动力汽车的48V电池功率是12-V电源的4倍，新增的功率可用於供电链应用，以?少CO2 排放，提高燃油里程数并执行新的安全与娱乐特性。

资料中心新增人工智慧（AI），使得机架功耗超过20kW，进而使得12-V PDN的使用变得笨重、低效。 使用48-V PDN在这里带来的优势与混合动力汽车相同。 在汽车和资料中心应用中，最好保留原有12-V负载及POL常用降压稳压器，以最大限度?少变化。

48V符合SELV标准，因此非隔离固定比率转换器是48V至12V DC-DC转换的理想之选，因为当前的 PoL 12-V 稳压器能?应对输入电压的变化。非隔离、未稳压固定比率转换器是最高效的大功率母线转换器，可降低功耗，提高功率密度并降低成本；其高密度有助於混合动力汽车使用最新分布式配电架构，其中非隔离固定比率转换器可布置在负载旁边，让整个汽车实现更小规模、更高效的 48V PDN 走线。在刀片服务器中，小型非隔离式48V至12V固定比率转换器，可布置在主机板上靠近降压稳压器的位置。

许多全新AI加速卡，如NVIDIA的SXM以及开放式计算计画（OCP）成员的OAM卡，都设计为48V输入，因为 AI处理器功耗在500至750W之间。 仍然在其机架中使用12V PDN背板的云计算公司和服务器公司需要 12 至 48V 转换，才能使用这些高性能卡。 为这些加速卡配备一款 K=1/4 的双向非隔离固定比率转换器，作为12 - 48V升压转换器（K=4/1），或为其配备一款更高功率的分布式12 - 48V模组，可使较早的机架系统内建AI功能。

需要隔离的高电压应用

现在，全世界布置的4G无线电及天线塔必须升级至新的5G系统，其功耗为4G设备5倍。4G PDN为48V，通过线缆从地面电源系统提供。如果 PDN 保持在48V，5G设备功耗的显着增加将迫使使用大直径的沉重电源线。因此，电信公司目前正在考虑使用380-VDC PDN显着缩小线缆尺寸。

在升压模式下使用双向K 1/8固定比率转换器，可让地面48-V电源系统向塔顶提供380V 的电源（K：8/1）。塔顶的380-V至48V稳压转换器，将允许4G和5G系统获得48-V稳压电源，并能让该系统透过380-V细小电线实现更低成本的供电。

图四 : 系留无人机是电缆必须尽可能轻的情?的一个示例。高压转换器有助於缩减系线尺寸和重量。

系留无人机是另一种需要隔离的高压应用。系留无人机的电缆长度可以超过 400 m，无人机在飞行时必须提起这种线缆重量。使用诸如800V等高电压，有助於缩减系留电缆的尺寸和重量。 一款紧凑型板载固定比率转换器，通常K=1/16，可将电源降至48V，用於机载电子产品和视频有效负载。

电动汽车具有很高的功率要求，因此400V是电池电压的常见选择。400V随後转换为48V，配送给动力系统及底盘周围的不同负载。为实现快速充电，400V电池由具有800VDC稳压输出的充电站通过800V至400V的转换器充电。

图五 : 分布式 48V 架构将多个功耗更低的更小转换器布置在接近 12V 负载的位置。

在400/48-V和800/400-V应用中，具有高功率密度、效率超过98%的一系列并联的隔离式K：1/8（400/48）和K：1/2（800/400）固定比率转换器可高效工作。稳压既可在固定比率转换器前面执行，也可在其後面执行。 此外，不提供稳压的功率密度和效率增益，还可简化热管理。

百万兆级高效能运算（HPC）系统机架功率级通常高於100kW，因此使用380VDC作为主要的 PDN。在这些应用中，K：1/8与K：1/16的隔离式固定比率转换器可能整合在刀片服务器中，也可能整合在通过机架配电的夹层卡上，为主机板提供48V或12V电源。 随後通过12-V多相降压转换器阵列或更高效率的先进48-V至POL架构稳压。固定比率转换器的密度和效率，又一次在使这类 PDN 架构实现高性能的过程中发挥重要作用。

图六 : Vicor NBM2317可实现48V和12V之间的高效双向转换，它是一款双向转换器。 双向性可将原有电路板综合在48V基础架构中，也可将最新GPU综合在原有 12V 机架中。

电源的高增长产业中的少数几个。这些应用有一个共同点：每个市场都有极大的电力需求，都可从高功率密度的小型 DC-DC 转换器中获得的优势：不仅可节省空间，还可以减轻重量。电源系统工程师应当把固定比率转换器作为实现高效能PDN重要的高灵活途径，可提供极具竞争力的整体系统性能优势。

（本文作者Phil Davies为Vicor公司全球销售及市场行销??总裁）