绝大多数机电或半导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通常称作负载点 (PoL) 稳压器，其设计了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络 (PDN) 的复杂性可能会因负载的数量和类型、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不同。

  绝大多数机电或半导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转换器通常称作负载点 (PoL) 稳压器，其设计了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络 (PDN) 的复杂性可能会因负载的数量和类型、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不同。

  许多电源系统模块设计人员将稳压的 DC-DC转换器视为其整体系统模块设计的关键。但将正确的电压提供给 PoL 稳压器，不一定都需要 PDN 稳压，或者对于中间配电母线电压而言，也不是强制性的。考虑这一点时，电源系统工程师应思考实施固定比率 DC-DC 转换器，其可为整体 PDN 性能带来显著的优势。

  PDN 性能通常以功耗、瞬态响应、物理尺寸、重量及成本来衡量。影响 PDN 性能的一个主要设计挑战是网络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，会减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，那么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。

  图 1：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，也可用作 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，表示为一个相对于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 稳压器设计规格做出合理的选择。典型的 PDN 电压分为低电压 (LV)、高电压 (HV) 以及超高电压 (UHV)。

  固定比率转换器能是隔离的，也可以不是隔离的，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。

  额外的设计灵活性包括易于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，因此供电网络正在经历重大变革。电动汽车 (EV)、轻度混合动力汽车和插电式混合动力汽车正在使用 48-V 等更高 PDN 电压。48V 电压符合许多系统要求的安全电气低电压 (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 效率更加高的原因。

  对于给定功率水平而言，与 12V 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。用于混合动力汽车的 48V 电池功率是 12V 电源的 4 倍，增加的功率可用于供电链应用，以减少 CO2 排放，提高燃油里程数并执行新的安全与娱乐特性。

  数据中心新增人工智能 (AI)，使得机架功耗超过了 20kW，进而时 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。在汽车和数据中心应用中，最好保留原有 12-V 负载及 POL 常用降压稳压器，以最大限度减少变化。

  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 12V 稳压器能够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，提高功率密度并减少相关成本。其高密度有助于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 48-V 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 以及开放式计算计划 (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 背板的云计算公司与服务器公司需要 12 至 48V 转换，才能用这些高性能卡。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 模块，可使较早的机架系统集成 AI 功能。

  现在，全世界都布置了 4G 无线电及天线塔，它们必须升级至新的 5G 系统，其功耗为 4G 设备 5 倍。4G PDN 为 48V，通过线缆从外电源系统提供。如果 PDN 保持在 48V, 5G 设备功耗的显著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 显著缩小线缆尺寸。

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

  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 米，无人机在飞行时必须提起这种线V 等高电压，有助于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，用于机载电子科技类产品和视频有效负载。

  电动汽车具备极高的功率要求，因此 400V 是电池电压的常见选择。400V 随后转换为 48V，配送给动力系统及底盘周围的不同负载。为实现快充，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 5：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，也可在其后面执行。此外，不提供稳压的功率密度和效率增益还可简化热管理。

  百万兆级高性能计算 (HPC) 系统机架功率级通常高于 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集成在刀片服务器中，也可能集成在通过机架配电的夹层卡上，为主板提供 48V 或 12V 电源。随后通过 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 6：VicorNBM2317 可实现 48V 和 12V 之间的高效双向转换，因为它是一款双向转换器。双向性可将原有电路板整合在 48V 基础架构中，也可将最新 GPU 整合在原有 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 转换器中获得巨大优势：不仅可节约空间，而且还可减轻重量。电源系统工程师应当把固定比率转换器作为实现高性能 PDN 的重要高灵活途径，其可提供极具竞争力的整体系统性能优势。