隨著處理器核心的性能提升，加上數(shù)據(jù)中心越來(lái)越多傳統(tǒng)AI數(shù)據(jù)中心采用54 V低壓直流架構(gòu)，在應(yīng)對(duì)兆瓦級(jí)機(jī)柜功率時(shí)，會(huì)因電流過(guò)大而產(chǎn)生高昂的電阻損耗，并導(dǎo)致銅纜線徑粗、用量大，在經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性上均面臨挑戰(zhàn)。為此，NVIDIA提出轉(zhuǎn)向800 VDC直流配電系統(tǒng)。該新架構(gòu)從傳統(tǒng)的415 VAC或者480 VAC交流電轉(zhuǎn)向構(gòu)建端到端的800 VDC直流母線，省去了中間多余的交直流轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，直接將高壓直流電輸送至計(jì)算節(jié)點(diǎn)。此舉不僅顯著降低了傳輸損耗，相比傳統(tǒng)多級(jí)轉(zhuǎn)換方案，還能節(jié)省高達(dá)26%的空間。

圖1: 數(shù)據(jù)中心算力電源架構(gòu)

在數(shù)據(jù)中心的分級(jí)電源架構(gòu)中，中間總線轉(zhuǎn)換器（IBC）扮演著承上啟下的關(guān)鍵角色：它負(fù)責(zé)將來(lái)自前端（如UPS）的48 V直流電源進(jìn)行轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生一個(gè)較低的中間總線電壓（如12 V或6 V），該電壓作為負(fù)載點(diǎn)（POL）轉(zhuǎn)換器的輸入，最終為CPU、ASIC等具體芯片提供精確、穩(wěn)定的電壓。IBC的功率等級(jí)和物理尺寸已形成標(biāo)準(zhǔn)，例如常見(jiàn)的1/4磚封裝。針對(duì)這一標(biāo)準(zhǔn)形態(tài)，慧能泰公司以其HP1000多功能DC-DC數(shù)字電源控制器為核心，開(kāi)發(fā)了高效的1/4磚電源參考設(shè)計(jì)，展示了該芯片在優(yōu)化電源密度與效率方面的應(yīng)用潛力。

傳統(tǒng)電源開(kāi)發(fā)往往面臨著 “空間不夠、效率低、周期長(zhǎng)、多樣化需求” 四大痛點(diǎn)，既要反復(fù)調(diào)試電路參數(shù)以滿足不同場(chǎng)景的功率需求，又要花費(fèi)大量時(shí)間調(diào)試軟件代碼等難題，更麻煩的是，想實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電源輸出功率，還得額外搭建計(jì)量電路、編寫(xiě)數(shù)據(jù)采集代碼，稍有不慎就會(huì)導(dǎo)致項(xiàng)目延期，甚至增加額外的研發(fā)成本。HP1000專為解決行業(yè)痛點(diǎn)打造的磚模塊電源參考設(shè)計(jì)正式亮相，憑借“無(wú)需代碼、即拿即用、高效可靠、靈活適配”的核心優(yōu)勢(shì)，且內(nèi)置功率計(jì)量功能，讓電源監(jiān)測(cè)更簡(jiǎn)單，成為工程師們的 “全能助手”。HP1000 4 mm x 4 mm QFN-24L的封裝可以實(shí)現(xiàn)與XDPP1100-Q024、XDPP1140-100B和XDPP1148-100B實(shí)現(xiàn)兼容設(shè)計(jì)。

圖2: HP1000 QFN-24L封裝及引腳定義圖

HP1000芯片特性

多功能數(shù)字控制器，支持各種48 V輸入的隔離和非隔離拓?fù)?/p>

符合PMBus Revision 1.2通訊接口，支持PEC和自定義擴(kuò)展指令

最大6路可編程PWM輸出，312.5 ps等效分辨率

可編程開(kāi)關(guān)頻率范圍50 kHz到1 MHz

50 MHz高速電壓采樣ADC和25 MHz高速電流采樣ADC

高性能環(huán)路控制

4個(gè)可編程通用IO

豐富多樣靈活的故障檢測(cè)和保護(hù)機(jī)制

兼容DOSA標(biāo)準(zhǔn)模擬調(diào)壓

通過(guò)直觀的圖形用戶界面（GUI）進(jìn)行編程

HP1000 600 W 1/4磚模塊全橋變換器參考設(shè)計(jì)基本參數(shù)如下：

輸入電壓：42 ~ 75 VDC

輸出電壓：12 VDC

輸出電流：50 A

輸出功率：600 W

開(kāi)關(guān)頻率：265 kHz

峰值效率：96.3%（30 A）

滿載效率：95.7%（50 A）

電源尺寸：58.4 mm x 36.8 mm x 12.7 mm

HP1000 600 W 1/4磚模塊全橋變換器參考設(shè)計(jì)實(shí)物圖如下：

圖3: 慧能泰600 W 1/4磚模塊電源實(shí)拍圖

利用HP1000芯片設(shè)計(jì)600 W 1/4磚模塊電源四大核心優(yōu)勢(shì)，破解電源設(shè)計(jì)難題。

1.全場(chǎng)景兼容性，無(wú)需敲代碼也可適配需求

HP1000內(nèi)置非常豐富的配置選擇，支持多種PWM輸出類型、時(shí)序配置、環(huán)路配置、輸出電壓配置、工作頻率、占空比、死區(qū)、保護(hù)點(diǎn)、保護(hù)方式等。無(wú)論是為工業(yè)控制模塊供電，還是為通信基站的核心設(shè)備提供穩(wěn)定電源，工程師無(wú)需從零開(kāi)始編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)代碼或控制程序，只需根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行簡(jiǎn)單的GUI參數(shù)配置，即可快速集成配置到HP1000芯片中，顯著降低重復(fù)開(kāi)發(fā)的時(shí)間與資金成本。

圖4:PWM配置界面

圖5: 環(huán)路配置界面

圖6:環(huán)路實(shí)測(cè)曲線：相位+60度，增益-12.6 dB

2. 內(nèi)置多重保護(hù)，保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行

電源的可靠性直接決定了整機(jī)系統(tǒng)的安全與壽命。這款1/4磚模塊電源參考設(shè)計(jì)包含輸入欠壓、輸入過(guò)壓、輸入過(guò)流、變壓器飽和（變壓器副邊短路）、輸出過(guò)壓（包括反饋腳短路到地單點(diǎn)過(guò)壓）、輸出過(guò)流、過(guò)溫、輸出短路等多重保護(hù)機(jī)制，當(dāng)出現(xiàn)異常工況時(shí)，能迅速自動(dòng)啟動(dòng)保護(hù)功能，避免模塊與后端設(shè)備損壞。

圖7:實(shí)測(cè)輸出過(guò)壓保護(hù)波形（配置13 V過(guò)壓和重啟二次）

圖8:實(shí)測(cè)短路反饋腳輸出過(guò)壓波形（輸出最高13.9 V）

圖9:電流保護(hù)配置界面（配置40 A過(guò)流和打隔）

圖10:實(shí)測(cè)輸出過(guò)流保護(hù)波形（輸出電流達(dá)到41 A時(shí)打隔保護(hù)）

圖11:電流保護(hù)配置界面（配置55 A過(guò)流和重啟3次）

圖12:實(shí)測(cè)輸出過(guò)流保護(hù)波形（輸出電流達(dá)到56 A時(shí)保護(hù)且重啟3次后待機(jī)）

3. 內(nèi)置功率計(jì)量，無(wú)需代碼實(shí)時(shí)掌握電源狀態(tài)

HP1000芯片還自帶了高精度功率計(jì)量功能，使得此600 W磚模塊參考設(shè)計(jì)全程無(wú)需編寫(xiě)代碼，無(wú)需額外的功率計(jì)量，芯片就能實(shí)現(xiàn)高精度功率計(jì)量功能！HP1000內(nèi)部已集成計(jì)量功能與數(shù)據(jù)處理電路，能實(shí)時(shí)采集輸入/輸出電壓、電流、功率、能耗等關(guān)鍵參數(shù)，校準(zhǔn)后精度可達(dá)±1%。工程師無(wú)需額外搭建計(jì)量模塊或開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)采集程序，且只需通過(guò)I2C接口，連接顯示屏或電腦，即可通過(guò)GUI直觀讀取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；也可直接接入設(shè)備控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)功率數(shù)據(jù)的自動(dòng)上傳與監(jiān)控。

無(wú)論是新能源儲(chǔ)能項(xiàng)目中需精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)電池充放電功率，還是工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備中需實(shí)時(shí)把控負(fù)載功耗，這一功能都能省去繁瑣的代碼開(kāi)發(fā)與電路搭建工作，讓功率監(jiān)測(cè)一步到位。

圖13:實(shí)測(cè)輸入輸出等數(shù)據(jù)

圖14:實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功率計(jì)量數(shù)據(jù)

4. 高密度高轉(zhuǎn)換效率，降低能耗

在42 V-75 V輸入電壓范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá)96.3%。相比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，不僅能大幅降低設(shè)備的能耗損失，還能減少熱量產(chǎn)生——這意味著工程師無(wú)需在散熱方案上反復(fù)糾結(jié)，無(wú)論是緊湊型設(shè)備還是高功率應(yīng)用場(chǎng)景，都能輕松適配，間接縮短了整機(jī)的研發(fā)周期。

圖15:效率曲線

以下是HP1000 600 W 1/4磚模塊全橋變換器其他的性能測(cè)試數(shù)據(jù)：

圖16:Vin=48 Vdc, Io=0 A---常溫預(yù)偏置啟機(jī)

圖17:Vin=48 Vdc, Io=50 A---常溫滿載啟機(jī)

圖18:Vin=48 Vdc, Io=0 A---常溫空載啟機(jī)

圖19:Vin=48 Vdc, Io=0 A---常溫空載紋波

圖20:Vin=48 Vdc, Io=50 A---常溫滿載紋波

圖21:負(fù)載跳變，輸入電壓48 V, 輸出電流0 A到25 A，負(fù)載斜率2.5 A/μs

圖22:負(fù)載跳變，輸入電壓48 V, 輸出電流25 A到50 A，負(fù)載斜率2.5 A/μs

圖23:負(fù)載跳變，輸入電壓48 V, 輸出電流0 A到50 A，負(fù)載斜率2.5 A/μs

從“夠用”到“卓越”，HP1000讓電源設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單、更高效、更智能！

關(guān)于慧能泰半導(dǎo)體

深圳慧能泰半導(dǎo)體科技有限公司是一家專注于智慧能源控制技術(shù)的公司，主要面向智能快充和數(shù)字能源領(lǐng)域，提供高性能數(shù)?；旌闲酒a(chǎn)品。公司總部設(shè)立在深圳前海，同時(shí)在上海、浙江杭州、美國(guó)加州設(shè)有研發(fā)中心?；勰芴┑暮诵难邪l(fā)團(tuán)隊(duì)來(lái)自國(guó)內(nèi)外頂尖半導(dǎo)體公司，擁有強(qiáng)大的研發(fā)創(chuàng)新能力。公司現(xiàn)已獲多項(xiàng)授權(quán)專利，擁有獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并于2020年被評(píng)為“高新技術(shù)企業(yè)”，2023年獲評(píng)國(guó)家級(jí)專精特新“小巨人”企業(yè)。

目前，慧能泰已完成了圍繞USB Type-C生態(tài)鏈的整體產(chǎn)品布局，開(kāi)發(fā)并量產(chǎn)了多款產(chǎn)品：供電端的多系列PD Source協(xié)議芯片，受電端的高性能PD Sink(PD 誘騙芯片)、Type-C端口控制器（CC Logic），線纜端的USB eMarker（電子標(biāo)簽芯片）。成立以來(lái)，慧能泰連續(xù)推出多款業(yè)界領(lǐng)先的產(chǎn)品并廣受市場(chǎng)歡迎。公司芯片出貨量逾10億顆，標(biāo)桿性客戶有聯(lián)想、小米、三星、HP、貝爾金和努比亞等。同時(shí)，慧能泰也致力于提高能源利用效率、研究能源控制技術(shù)，借助自身的技術(shù)研發(fā)優(yōu)勢(shì)，面向ICT（通信服務(wù)器）、數(shù)據(jù)中心、光伏逆變器、儲(chǔ)能等工業(yè)應(yīng)用，研發(fā)數(shù)字電源控制芯片、高壓驅(qū)動(dòng)芯片、電源轉(zhuǎn)換芯片和模塊等產(chǎn)品。

慧能泰半導(dǎo)體肩負(fù)著“芯智慧 芯能源，共建綠色未來(lái)”的使命，立志成為業(yè)界領(lǐng)先的智慧能源控制技術(shù)供應(yīng)商。