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
发布时间：2025-10-24
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1MHz
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
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56A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
从“够用”到“卓越”，HP1000让电源设计更简单、更高效、更智能！
