魔法1转4，算力电源解题新思路！
发布时间：2025-11-10
在不久前OCP全球峰会上，英伟达（NVIDIA）正式发布白皮书，全面描绘了AI工厂电力基础设施的下一阶段发展蓝图。该新架构创新的从传统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。而在数据中心的分级电源架构中，48 V供电架构因其能显著降低传输损耗而成为提升系统效率的关键。
在48 V供电架构中，传统主流方案采用两级转换拓扑：首先通过中间总线转换器（IBC）将48 V降至12 V中间总线电压，再由负载点（PoL）转换器将12 V转换为芯片核心（如MCU，FPGA或ASIC）所需的0.8 V到1.8 V超低电压。尽管单个转换阶段的效率可能达到96%，但由于累积损耗效应，两级系统的整体效率会降至约87%左右。此外，该架构需要两个独立的功率转换模块和相应的磁性元件，这增加了解决方案的总体积和材料成本，并因更长的功率路径引入更大的寄生阻抗，影响动态响应速度。
图1：传统主流两级电源方案
相比之下，单级直接转换架构将48 V输入电压直接一步转换为目标低电压。这种方案通过消除中间转换环节，将典型整体效率提升至90%以上。在物理布局上，单级转换节省了原本用于中间总线电路的PCB面积和铜箔用量，显著提升了功率密度。其更简短的功率路径还有助于降低环路电感，从而优化负载瞬态响应性能。
图2：应用HP1800实现48 V到1 V的单级转换方案
近日，慧能泰推出了PWM倍相控制器HP1800，该芯片可将一个三态输入PWM信号扩展为两相交错180°互补的四路PWM输出，专为高密度、高效DC-DC电源设计，可以用传统的12V->1V buck 型 multi-phase voltage controller 去控制48V->1V半桥型multi-phase voltage controller, 而不需要增加额外的pwm通道，大幅降低了voltage regulator的设计难度和成本，可广泛应用于单级PoL电源、隔离/非隔离DC-DC砖模块电源等场景。
图3：HP1800 DFN-8L封装及引脚定义图
HP1800芯片特性
VCC最大供电电压7 V
由单个PWM输入信号，输出两相交错180°互补的4路PWM信号
开关频率范围200 kHz到2 MHz
PWM_IN支持三态信号输入，为高阻态时用于停止PWM输出
初始化PWM死区配置可编程
工作温度范围-40 °C到125 °C
图4：HP1800典型应用框图：单级48 V转1.0 V半桥倍流整流变换器
图5：HP1800 Demo板
功能亮点1：PWM倍相输出
HP1800通过一路三态PWM输入信号，扩展为两相交错180°分别互补的四路PWM输出信号，极大的方便了需要多相互补PWM驱动的主功率拓扑，降低对主控制器PWM输出通道的设计需求。同时，通过PWM1和PWM4下拉电阻，可分别对PWM1/2和PWM3/4的死区进行的初始化设定，根据实际系统灵活调整。
图6：HP1800 PWM_IN输入与PWM1-4输出时序图
功能亮点2：完善的抗扰动机制
由于四路互补导通的PWM输出信号仅由单一的PWM输入信号控制，任何PWM输入信号上的扰动、异常时序等都可能对输出信号的稳定性造成重大威胁，严重时可能将导致本因互补的信号直通，损坏功率器件。HP1800针对可能发生的异常工况，优化了对PWM输入信号进入或退出第三态、输出互补信号时序控制，能有效应对外部突发异常干扰。
图7：(左) PWM_IN由第三态转入低电平，并经过一个完整的PWM脉冲后开始输出；(右) PWM_IN由第三态转入高电平，并经过一个完整的PWM脉冲后开始输出
图8：PWM_IN引入干扰脉冲且幅值超过信号高/低阈值
下图中展示了HP1800驱动一款多相交错半桥电流倍增器转换器的典型应用电路。该转换器通过单级功率转换即可将48 V典型输入电压降至1.0 V，与两级转换方案相比显著提升了功率转换效率。PWM_IN和EN信号由外部传统多相控制器进行控制，PWM1至PWM4输出则同时驱动半桥驱动器HP3010（120 V/3 A, DFN2x2-8L）和双通道低侧驱动器HP3000（30 V/5 A, DFN2x2-8L）。互补信号对（PWM1/PWM2与PWM3/PWM4）之间的初始死区时间可通过PWM1端的电阻R1和PWM4端的电阻R4独立配置。
图9：多相交错半桥倍流整流转换器的电路框图
采用HP1800后，整体的电源架构能够轻松的从二级变为一级，并仅需采用原来第二级电路的多相控制器即可实现单级的48 V母线直接供电。HP1800提供了一套设计简洁、极高性价比的算力电源的新解决思路！欢迎各位工程师来电询问。
