数十年来，12V_DC 母线一直是工程师们的可靠选择，已成为电池供电与 AC 线路供电设计的实际标准。这种广泛应用在很大程度上归功于 20 世纪 50 年代汽车行业采用的六芯 12.6V 铅酸电池，这推动了高量产、低成本和广泛的可用性。

然而，进入 21 世纪后，由于系统目标日益宏大，电力需求呈现爆发式增长。工业设施、机器人、轻型电动汽车、无人驾驶车、太阳能系统以及自动测试设备等各种应用都需要更多电力。

因此，12V 电源能够向负载高效输送的电量已达到实际极限，难以满足现需求。由于电流增大，布线中的电阻（IR）损耗导致电源与负载之间产生过大压降，而 I²R 功率耗散不仅浪费电量，更会加剧散热挑战。这些压降和功率耗散是由物理定律制约的现象，无法避免。

迄今为止，解决这一困境的方案一直都是采用更粗的线缆和连接器。然而，这种方法会带来线缆重量增加、布线方案受限以及连接器成本上升等问题。因此，对多数应用场景而言，这种方案已不再适用。

本文阐述了相较于重新设计传统的 12V 系统，过渡到 48V 配电系统更能满足当今电子设备日益增长的电力需求。此外，我们还详细解析了双向桥接转换器解决方案如何助力设计人员实现 12V 转 48V_DC 电源的平稳过渡。

高压解决方案

考虑到升级甚至重新设计 12V 系统的局限性，提升母线电压才是更优解，而 48V 系统是理想的选择，原因如下：

• 48V 是 12V 系统的整四倍，非 AC 供电应用（甚至是 AC/电池双供电应用），可采用四节电池串联实现；
• 48V 架构最大限度地提高了电网效率，同时远低于安全极限阈值（大多数法规通常要求为 60V），因此无需采取特殊预防措施；
• 在这一相对适中的更高电压下，不会引发绝缘击穿或闪络问题；
• 虽然电压超过 12V，但许多半导体工艺都能轻松处理这一电压值。

电气优势显而易见。在相同功率水平和现有电缆条件下，48V 系统的电流仅为 12V 系统的四分之一，因此电阻损耗降低了 75%。此外，还可以使用更细的线缆，同时将损耗控制在可接受的范围内。从功率角度看，如果使用原有线缆，线缆损耗可降至原先的十六分之一；而采用更细的线缆也能将功耗和自发热控制在更低水平。

然而，设计系统时强制完全切换到 48V 并不现实。现有的传统 12V DC 电源、负载及组件数量庞大，无法放弃，也不应该轻易放弃。真正的挑战在于如何实现平滑过渡——既能利用传统 12V 母线创建新型 48V 母线，也能让新型 48V 电子设备为传统 12V 系统供电。

在许多设计方案中，既有传统 12V 系统，也有新型48V 系统，这就需要在两种电压之间实现高效率、高密度的转换。值得庆幸的是，Vicor 推出的电源模块可完美桥接 48V 与 12V 电源母线。

从降压开始

越来越多的应用采用 48V 母线架构，Vicor 48V 转 12V DC-DC 转换器为传统 12V 系统的兼容与协同运行提供了简便的解决方案。例如，连续功率为 1000W 的 DCM3717 及相似的连续功率为 2000W 的 DCM3735 采用的工作输入电压为 40V_DC 至 60V_DC，可生成 12V 稳压输出电压，而电压调节范围为 10V 至 12.5V（如图 1 所示）。这些模块最多可并联四个，以支持更高的功率水平。这些非隔离模块还集成了 PMBus® 接口，用于控制与遥测。

这些模块采用的精密设计仅需少量外部组件，就可显著提升板级功率密度（如图 2 所示）。它们的开关频率超过 1MHz 时，峰值效率高达 96%，这充分表明其对系统热负荷影响极低。这些转换器既可独立使用，也可与下游负载点（PoL）产品配合使用，以支持高效的配电网络。

这种表面贴装（SM-ChiP™）转换器采用电镀覆膜封装，使其结构远比分立式解决方案更加紧凑（如图 3 所示）。数据说明了一切：1000W 的 DCM3717 其具体尺寸为仅 36.7mm × 17.3mm × 5.2mm，而 2000W 的 DCM3735 为 36.7mm × 35.4mm × 5.2mm。尽管体积小巧，这些封装仍具有出色的散热性能，散热均匀且可预测，因为封装的上下表面热阻抗较低，便于热管理。

增加升压功能

为了支持互补的升压路径，Vicor 推出 NBM2317——一款工作频率达 1.7MHz 的双向 12V/48V DC-DC 转换器，可为新旧母线电压的新旧系统搭建桥梁。在降压模式下，它支持 40V 至 60V 高压侧母线输入，可生成 10V 至 15V 按比例调节的低压侧输出（如图 4 所示）。这种设计既能兼容传统硬件，也支持目前仅提供 12V 版本的众多组件。

同一模块还可用于升压模式，能够将传统 12V 母线提升至 48V 母线，从而为低压母线系统中的新硬件供电（如图 5 所示）。

SM-ChiP™ 板载封装技术可提供高密度、高效率、低成本的解决方案，以应对新旧母线电压挑战。其尺寸仅为 23mm × 17mm × 5.2mm，占板面积只有传统低频（低于 1MHz）转换器的一小部分。

这款非隔离型桥接转换器可提供 1000W 连续功率与 1.5kW 峰值功率，在 800W 负载时峰值效率达 97.9%。其额定输出电流（降压模式）为 60A 连续电流与 100A 瞬态电流（持续 2ms），而升压模式对应值为 15A 连续电流与 25A 瞬态电流。内置滤波功能无需外接组件即可实现低噪声输出，对负载端瞬态的响应时间低于 1μs，同时将输出电压稳定维持在较窄的电压范围内。

结论

从传统 12V 设计转向 48V_DC 配电网络的理由令人信服。这样做可以有效解决能效提升、线缆尺寸与管理优化以及损耗控制等日益严重的问题。与此同时，传统 12V 母线仍在使用，且 12V 负载和组件在可预见的未来也不会被取代。Vicor 的降压模块与双向降压转换器提供灵活解决方案，为多种双母线混合应用场景提供理想的技术支撑。