技术 | 助力AI数据算力突破,慧能泰推出四分之一砖高效电源参考设计

来源: 慧能泰半导体 作者:慧能泰半导体 2025-10-24 09:25:25

随着处理器核心的性能提升,加上数据中心越来越多传统AI数据中心采用54 V低压直流架构,在应对兆瓦级机柜功率时,会因电流过大而产生高昂的电阻损耗,并导致铜缆线径粗、用量大,在经济性和实用性上均面临挑战。为此,NVIDIA提出转向800 VDC直流配电系统。该新架构从传统的415 VAC或者480 VAC交流电转向构建端到端的800 VDC直流母线,省去了中间多余的交直流转换环节,直接将高压直流电输送至计算节点。此举不仅显著降低了传输损耗,相比传统多级转换方案,还能节省高达26%的空间。

图1: 数据中心算力电源架构

在数据中心的分级电源架构中,中间总线转换器(IBC)扮演着承上启下的关键角色:它负责将来自前端(如UPS)的48 V直流电源进行转换,产生一个较低的中间总线电压(如12 V或6 V),该电压作为负载点(POL)转换器的输入,最终为CPU、ASIC等具体芯片提供精确、稳定的电压。IBC的功率等级和物理尺寸已形成标准,例如常见的1/4砖封装。针对这一标准形态,慧能泰公司以其HP1000多功能DC-DC数字电源控制器为核心,开发了高效的1/4砖电源参考设计,展示了该芯片在优化电源密度与效率方面的应用潜力。

  

传统电源开发往往面临着 “空间不够、效率低、周期长、多样化需求” 四大痛点,既要反复调试电路参数以满足不同场景的功率需求,又要花费大量时间调试软件代码等难题,更麻烦的是,想实时监测电源输出功率,还得额外搭建计量电路、编写数据采集代码,稍有不慎就会导致项目延期,甚至增加额外的研发成本。HP1000专为解决行业痛点打造的砖模块电源参考设计正式亮相,凭借 “无需代码、即拿即用、高效可靠、灵活适配” 的核心优势,且内置功率计量功能,让电源监测更简单,成为工程师们的 “全能助手”。HP1000 4 mm x 4 mm QFN-24L的封装可以实现与XDPP1100-Q024、XDPP1140-100B和XDPP1148-100B实现兼容设计。

图2: HP1000 QFN-24L封装及引脚定义图 

  

HP1000芯片特性

  • 多功能数字控制器,支持各种48 V输入的隔离和非隔离拓扑
  • 符合PMBus Revision 1.2通讯接口,支持PEC和自定义扩展指令
  • 最大6路可编程PWM输出,312.5 ps等效分辨率
  • 可编程开关频率范围50 kHz到1 MHz
  • 50 MHz高速电压采样ADC和25 MHz高速电流采样ADC
  • 高性能环路控制
  • 4个可编程通用IO
  • 丰富多样灵活的故障检测和保护机制 
  • 兼容DOSA标准模拟调压
  • 通过直观的图形用户界面(GUI)进行编程
  • 官宣!多功能DC-DC数字电源控制器重磅首发

  
HP1000 600 W 1/4砖模块全桥变换器参考设计基本参数如下:

输入电压:42 ~ 75 VDC

输出电压:12 VDC

输出电流:50 A

输出功率:600 W

开关频率:265 kHz

峰值效率:96.3%(30 A)

满载效率:95.7%(50 A)

电源尺寸:58.4 mm x 36.8 mm x 12.7 mm

  
HP1000 600 W 1/4砖模块全桥变换器参考设计实物图如下:

图3: 慧能泰600 W 1/4砖模块电源实拍图

  

利用HP1000芯片设计600 W 1/4砖模块电源四大核心优势,破解电源设计难题。

 

1.全场景兼容性,无需敲代码也可适配需求

HP1000内置非常丰富的配置选择,支持多种PWM输出类型、时序配置、环路配置、输出电压配置、工作频率、占空比、死区、保护点、保护方式等。无论是为工业控制模块供电,还是为通信基站的核心设备提供稳定电源,工程师无需从零开始编写驱动代码或控制程序,只需根据实际需求进行简单的GUI参数配置,即可快速集成配置到HP1000芯片中,显著降低重复开发的时间与资金成本。

图4:PWM配置界面
图5: 环路配置界面
图6:环路实测曲线:相位+60度,增益-12.6 dB

2. 内置多重保护,保障系统稳定运行

电源的可靠性直接决定了整机系统的安全与寿命。这款1/4砖模块电源参考设计包含输入欠压、输入过压、输入过流、变压器饱和(变压器副边短路)、输出过压(包括反馈脚短路到地单点过压)、输出过流、过温、输出短路等多重保护机制,当出现异常工况时,能迅速自动启动保护功能,避免模块与后端设备损坏。

图7:实测输出过压保护波形(配置13 V过压和重启二次)
图8:实测短路反馈脚输出过压波形(输出最高13.9 V)
图9:电流保护配置界面(配置40 A过流和打隔)
图10:实测输出过流保护波形(输出电流达到41 A时打隔保护)
图11:电流保护配置界面(配置55 A过流和重启3次)
图12:实测输出过流保护波形(输出电流达到56 A时保护且重启3次后待机)

3. 内置功率计量,无需代码实时掌握电源状态

HP1000芯片还自带了高精度功率计量功能,使得此600 W砖模块参考设计全程无需编写代码,无需额外的功率计量,芯片就能实现高精度功率计量功能!HP1000内部已集成计量功能与数据处理电路,能实时采集输入/输出电压、电流、功率、能耗等关键参数,校准后精度可达±1%。工程师无需额外搭建计量模块或开发数据采集程序,且只需通过I2C接口,连接显示屏或电脑,即可通过GUI直观读取实时数据;也可直接接入设备控制系统,实现功率数据的自动上传与监控。

  

无论是新能源储能项目中需精准监测电池充放电功率,还是工业自动化设备中需实时把控负载功耗,这一功能都能省去繁琐的代码开发与电路搭建工作,让功率监测一步到位。

图13:实测输入输出等数据
图14:实时监测功率计量数据

4. 高密度高转换效率,降低能耗

在42 V-75 V输入电压范围内,转换效率最高可达96.3%。相比传统设计,不仅能大幅降低设备的能耗损失,还能减少热量产生——这意味着工程师无需在散热方案上反复纠结,无论是紧凑型设备还是高功率应用场景,都能轻松适配,间接缩短了整机的研发周期。

图15:效率曲线

以下是HP1000 600 W 1/4砖模块全桥变换器其他的性能测试数据:

图16:Vin=48 Vdc, Io=0 A---常温预偏置启机
图17:Vin=48 Vdc, Io=50 A---常温满载启机
图18:Vin=48 Vdc, Io=0 A---常温空载启机
图19:Vin=48 Vdc, Io=0 A---常温空载纹波
图20:Vin=48 Vdc, Io=50 A---常温满载纹波
图21:负载跳变,输入电压48 V, 输出电流0 A到25 A,负载斜率2.5 A/μs
图22:负载跳变,输入电压48 V, 输出电流25 A到50 A,负载斜率2.5 A/μs
图23:负载跳变,输入电压48 V, 输出电流0 A到50 A,负载斜率2.5 A/μs

“够用”到“卓越”,HP1000让电源设计更简单、更高效、更智能!

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