日前，第四屆中國(guó)電力電子與能量轉(zhuǎn)換大會(huì)暨展覽會(huì)、中國(guó)電源學(xué)會(huì)第二十八屆學(xué)術(shù)年會(huì)（CPEEC & CPSSC 2025）在深圳圓滿落幕。思瑞浦研發(fā)團(tuán)隊(duì)深度參與，并就數(shù)據(jù)中心48V供電系統(tǒng)這一關(guān)鍵技術(shù)作了相關(guān)報(bào)告，同時(shí)與現(xiàn)場(chǎng)專家進(jìn)行深入討論。

01數(shù)據(jù)中心的48V革命

在算力需求爆發(fā)的時(shí)代，數(shù)據(jù)中心正面臨嚴(yán)峻的能耗挑戰(zhàn)。以NVIDIA為例，其最新AI基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)白皮書顯示，其下一代GPU單機(jī)架的功率密度已較2020年的上一代機(jī)架增長(zhǎng)超100倍，功率達(dá)到MW，提升速度接近指數(shù)級(jí)。功率的激增使得傳統(tǒng)12V供電架構(gòu)已不堪重負(fù)。而新興的48V架構(gòu)憑借其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，正成為行業(yè)新寵。

02

如何高效地把48V變成12V

傳統(tǒng)12V供電架構(gòu)

新一代48V供電架構(gòu)

把48V電壓高效轉(zhuǎn)換到芯片所需的超低電壓（如0.8V-3.3V），是一個(gè)行業(yè)公認(rèn)的難題。核心挑戰(zhàn)在于：降壓幅度越大，傳統(tǒng)方案的效率損失就越嚴(yán)重。為此，業(yè)界普遍采用“兩步走”的分級(jí)降壓方案：

第一級(jí)（48V→12V）：由專門的48V總線變換器（IBC）高效完成；

第二級(jí)（12V→負(fù)載電壓）：再由靠近芯片的負(fù)載點(diǎn)（PoL）變換器精細(xì)調(diào)節(jié)。

這種架構(gòu)在保證整體效率的同時(shí)，優(yōu)化了系統(tǒng)散熱和供電布局。那么，關(guān)鍵的第一步（48V→12V）如何實(shí)現(xiàn)？主流方案可分為兩大類：

一、硬開(kāi)關(guān)方案

特點(diǎn)：原理直接，設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)元器件參數(shù)的細(xì)微變化不敏感，更易實(shí)現(xiàn)。

代表：多相BUCK變換器、混合開(kāi)關(guān)電容（HSC）變換器。

二、軟開(kāi)關(guān)方案

特點(diǎn)：理論開(kāi)關(guān)損耗更低，但對(duì)參數(shù)更敏感，設(shè)計(jì)復(fù)雜度高。

代表：LLC諧振變換器、諧振型開(kāi)關(guān)電容變換器。

其中，混合開(kāi)關(guān)電容（HSC）變換器正成為一種高密度、高效率的熱門選擇。它與諧振型方案不同，工作在非諧振模式。這帶來(lái)一個(gè)突出優(yōu)勢(shì)：對(duì)電感和電容的精度要求大幅降低，從而簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，并有效控制了成本。同時(shí)，HSC通過(guò)巧妙的結(jié)構(gòu)減少了對(duì)大型磁性元件的依賴，為實(shí)現(xiàn)更高的功率密度打開(kāi)了新思路。

48V IBC實(shí)現(xiàn)方案

03

思瑞浦的高效能方案

HSC變換器：利用電容傳遞能量，配合磁性元件進(jìn)行濾波，實(shí)現(xiàn)了固定的1/4分壓，大大減小了被動(dòng)元件體積。

核心架構(gòu)包括：

開(kāi)關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)：由多個(gè)開(kāi)關(guān)管與飛跨電容組成，負(fù)責(zé)快速切換電荷，實(shí)現(xiàn)降壓；

磁性元件：抑制紋波，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)降壓，提升功率密度。

混合開(kāi)關(guān)電容變換器(HSC Converter)

亮點(diǎn)A：采用GaN（氮化鎵）器件（EPC2218A），開(kāi)關(guān)頻率高達(dá)500kHz，速度快、損耗低。

亮點(diǎn)B：創(chuàng)新磁性設(shè)計(jì)。使用平面變壓器，并巧妙利用“漏感”來(lái)替代輸出濾波電感，進(jìn)一步壓縮體積。

亮點(diǎn)C：思瑞浦的隔離器+GaN驅(qū)動(dòng)方案（TPT7710 + TPM1025），保障了高頻下的穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)。

亮點(diǎn)D：思瑞浦的隔離供電方案（TPM6501+TPL8032），保障穩(wěn)定供電。

主電路原理圖

驅(qū)動(dòng)電路：數(shù)字隔離器+GaN驅(qū)動(dòng)

輔電：推挽DCDC+LDO

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實(shí)測(cè)表現(xiàn)

VIN=48V穩(wěn)態(tài)運(yùn)行波形

下圖展示了所設(shè)計(jì)樣機(jī)的效率曲線。結(jié)果表明峰值效率可達(dá)97.14%，在輸出功率100W至160W范圍內(nèi)，效率均保持在97%以上。

VIN=48V效率曲線

05

總結(jié)

思瑞浦的HSC方案為數(shù)據(jù)中心電源提供了高密度、高效率的參考設(shè)計(jì)，解決了從48V母線到中間總線的關(guān)鍵轉(zhuǎn)換難題。

除此之外，思瑞浦還為其他的48V電源磚拓?fù)涮峁┤珬＝鉀Q方案，覆蓋供電、驅(qū)動(dòng)、功率MOS、采樣和保護(hù)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，推動(dòng)智算中心快速迭代。