东芝最近宣布了一项新的非隔离DC-DC转换器技术，该技术工作电压范围从48伏到1伏。这些设备解决了由于服务器和数据中心需求增加而导致的传导损耗问题，这些需求增加了DC-DC转换器中的负载电流。更高的负载电流和传导损耗会产生热量并降低整体效率。

　　为了减轻这些损耗，行业标准已经将输入电压从12伏提升到了48伏。这减少了给定功率水平下的电流，从而降低了传导损耗。然而，这一转变也为DC-DC转换器设计带来了新挑战，特别是在降压拓扑方面。

　　东芝声称其新的星-三角开关拓扑实现了业界最高的电流密度，同时消除了对于具有48伏输入和1伏输出的DC-DC转换器IC使用变压器的需求。

　　东芝利用星-三角开关拓扑

　　在2024年IEEE VLSI技术与电路研讨会上，东芝展示了其新的48伏到1伏非隔离DC-DC转换器技术。测试设备达到了高达790 mA/mm²的电流密度和高达88%的功率转换效率。

　　根据东芝的说法，其星-三角开关拓扑消除了通常在隔离拓扑中用于管理脉宽扩展的变压器的需求。相反，东芝使用电感和电容的混合配置，通过FETs精心控制，显著减少了外部组件的体积和数量。东芝声称，其星-三角拓扑将每个脉宽扩展比的电容数量从0.8到1.0减少到了0.5到0.6。

　　东芝通过一系列测试芯片展示了该拓扑的有效性。公司开发了一种自举电路，将布局面积减少了高达61%，以及一种支持主动偏置电流方案的电平转换器电路，将偏置电流减少了高达92%。

　　消除变压器和电容的体积

　　在降压转换器中，驱动功率开关的脉宽必须比12伏时短四倍，以将输入电压提升到48伏。这种减少的脉宽增加了开关损耗，因为在开和关状态之间的过渡变得更加频繁且效率较低。这些开关损耗直接降低了系统的整体功率转换效率。

　　设计师通常在隔离拓扑中使用变压器来解决这些效率问题。变压器可以扩展脉宽并防止开关损耗，但它们也为设计增加了显著的体积，这在空间受限的应用中是个问题。

　　非隔离混合拓扑是一个紧凑的替代方案。这些设计使用电感和电容的组合来管理脉宽扩展，而不需要体积庞大的变压器。与基于变压器的解决方案相比，这种方法可以将转换器的总体积减少10到100倍。尽管具有节省空间的优势，混合拓扑也带来了自己的挑战。

　　一个显著的缺点是需要大量电容——通常每个脉宽扩展比需要0.8到1.0个电容。这增加的电容数量导致更高的外部组件密度和引脚布线的拥挤，复杂化了PCB布局并增加了安装成本。额外的电容和复杂的布线提高了制造成本，并对系统的可靠性和维护提出了挑战。