慧能泰推出首款多功能DC-DC数字电源控制器HP1000

工业和汽车等应用正在加速向48 V供电系统过渡，这一趋势的背后是48 V架构在效率、功率密度和系统性能上的显著优势。相较于传统的12 V供电系统，48 V架构能够在相同功率下大幅降低电流，从而减少布线中的能量损耗，并允许使用更细、更轻的导线，降低系统成本和重量。除此之外，48 V架构能够为高功率需求的设备提供更强的电力支持，满足现代工业设备对高性能和复杂功能的需求。

近日，慧能泰推出了首款多功能DC-DC数字电源控制器——HP1000。它专为高密度、高效DC-DC电源转换而设计，配备符合PMBus 1.2版标准的接口。该器件提供先进的电源控制解决方案，主要面向典型为48 V输入的隔离式和非隔离式DC-DC次级侧应用，涵盖闭环隔离拓扑（如全桥变换器、半桥变换器、有源钳位正激变换器、推挽变换器等）、开环隔离拓扑（如开环LLC变换器，中间母线电源IBC）、多相交错降压变换器、混合开关电容变换器（Hybrid Switched-capacitor Converters)等场景。

在AI服务器与机器人技术爆发式发展的驱动下，48 V电源架构正成为高功率密度场景的必然选择。通过四倍电压提升，电流锐减至原有水平的四分之一，传输损耗大幅减低，从根本上突破传输损耗与散热瓶颈，实现能效的跨越式升级。借助HP1000数字电源控制器，新型拓扑技术（如混合开关电容架构）深度融合电容储能与高频开关特性，在超高降压比场景下达成效率与功率密度的双重突破。而采用HP1000控制基于氮化镓（GaN）的多相交错变换器为实现更小体积、更高效率提供了可能。

HP1000具备广泛编程能力，包括集成高性能数字补偿器，支持快速输入电压前馈，支持多种PWM输出类型及时序配置，恒流模式，以及软启动/停止序列与同步功能。此外，其还提供灵活的保护特性，包括过压保护（OVP）、短路保护（SCP）、反向电流保护（RCP）和过温保护（OTP），致力于打造可靠的电源管理方案。

HP1000采用直观的用户可编程界面，无需工程师具备软件知识，硬件工程师就能直接监控电源的各个状态，同时可以灵活修改各项电源配置（包括环路），以快速定位问题与进行性能优化。采用图形化的界面配置，可以大大提升产品推出速度。

HP1000可广泛应用于隔离或非隔离DCDC砖模块电源，中间母线电源转换器，通讯电源，工业智能电源系统等场景。HP1000提供4mm x 4mm QFN-24L封装。

图1：HP1000 QFN-24L封装及引脚定义图

HP1000芯片特性✦

• 多功能电压模式数字控制器

• −40°C到+125°C运行温度范围

• 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

– 针对开环LLC应用支持可编程多段占空比和开关频率的软启动

– 频率同步

– PWM1/2支持HiZ模式

• 高速电压采样ADC

– 独立的50 MHz跟踪型ADC分别用于输入电压和输出电压采样

– 采样范围0到1.6 V

– 支持副边整流后电压作为输入电压采样

• 高速电流采样ADC

– 独立的25 MHz Σ-Δ ADC分别用于原边电流和输出电流采样

– 支持原边逐周期峰值电流快速保护

– 支持副边逐周期峰值电流快速保护

– 支持副边同步整流管等效二极管模式

• 高性能环路控制

– 高性能数字环路补偿器

– 支持双采样双更新

– 高速输入电压前馈控制

– 预偏置启动

– 副边同步整流管DCM模式控制

• 其他功能

– 独立的25 MHz Σ-Δ ADC用于通用模拟信号采样，如温度、PMBus地址检测等

– 数字被动均流

– IMON输出电流指示

– 外部NTC电阻温度检测

– ROV冗余输出电压过压保护

– 丰富、灵活、可独立编程的故障检测和保护机制

– 支持4个可编程通用IO

– 可兼容DOSA模拟Trim功能

• 通过直观的图形用户界面（GUI）进行编程

图2：HP1000典型应用框图

01可灵活配置的高性能Type-lll数字补偿器

HP1000集成了可灵活配置零极点的高性能Type-III数字补偿器，对差分输出电压VS±信号通过高速跟踪型ADC的进行采样、滤波后进入环路运算，可有效降低系统扰动对高速环路控制的影响。同时，HP1000支持双采样双更新模式，有效降低控制延迟、提高系统带宽和相位裕度。

图3是输入电压48 V，输出电压12 V，负载20 A时，使能双采样双更新模式，穿越频率16.3 kHz, 相位裕度67.8°，增益裕度10.6 dB。

图3：闭环传递函数bode图，双采样双更新使能

图4是相同条件下关闭双采样双更新模式，穿越频率10.7 kHz, 相位裕度59.5°，增益裕度10.75 dB。

图4：闭环传递函数bode图，双采样双更新关闭

02高速输入电压前馈

HP1000通过高速跟踪型ADC，支持对输入电压进行直接采样（GPA模式）或副边整流电压采样（VRS模式）。在变压器隔离的硬开关桥式拓扑应用中，通过VRS模式副边整流电压的平台电压进行采样，可实时参与输入电压前馈计算，从而使输出的PWM脉宽实时跟随输入电压变化。

图5：通过VFF的VRS采样模式对输入电压进行实施检测与输入电压前馈计算

图6：输出电流20 A, 输入电压从36 V 到75 V跳变 (< 10 μs)，斜率6 V/μs

C1: VIN; C2: PWM2; C3: Primary Current; C4: VOUT (AC)

03数字电源监控功能

HP1000具备完善的数字电源监控功能（PSU Monitor），主机可通过PMBus接口实时精准获取电源的输入电压、输出电压、输出电流、输出功率、模块温度和故障保护状态等重要信息，这使得系统管理者可以实时了解电源状态和安全运行。

图7：HP1000系统实时监控界面

图8和图9为输出电流和输出电压监控测试数据：

图8：输出电流监测

图9：输出电压监测

慧能泰同步推出了HP1000 240 W的全桥变换器评估板。该评估板基本参数如下：

输入电压：36到75 VDC

输出电压：12 VDC

输出功率：240 W

开关频率：200 kHz

图10：采用HP1000的240 W全桥变换器评估板

以下是评估板部分性能测试结果：

图11：负载调整率

图12：输入电压调整率

图13：负载跳变，输入电压48 V, 输出电流0到10 A，负载斜率2.5 A/μs

C1: VOUT (AC); C4: IOUT

图14：负载跳变，输入电压48 V, 输出电流10 A到20 A，负载斜率2.5 A/μs

C1: VOUT (AC); C4: IOUT

图15：负载跳变，输入电压48 V, 输出电流0到20 A，负载斜率2.5 A/μs

C1: VOUT (AC); C4: IOUT

图16：输出电压过电压保护与重启

C1: VOUT; C4: IOUT

图17：输出电流恒定电流以及过流欠压保护与重启

C1: VOUT; C4: IOUT

图18：输出短路保护与重启，输入电压48 V，输出端口短路

C1: VOUT; C4: IOUT

从“够用”到“卓越”，HP1000让电源设计更简单、更高效、更智能！

关于慧能泰半导体

深圳慧能泰半导体科技有限公司是一家专注于智慧能源控制技术的公司，主要面向智能快充和数字能源领域，提供高性能数模混合芯片产品。公司总部设立在深圳前海，同时在上海、浙江杭州、美国加州设有研发中心。慧能泰的核心研发团队来自国内外顶尖半导体公司，拥有强大的研发创新能力。公司现已获多项授权专利，拥有独立自主知识产权，并于2020年被评为“高新技术企业”，2023年获评国家级专精特新“小巨人”企业。

目前，慧能泰已完成了围绕USB Type-C生态链的整体产品布局，开发并量产了多款产品：供电端的多系列PD Source协议芯片，受电端的高性能PD Sink(PD 诱骗芯片)、Type-C端口控制器（CC Logic），线缆端的USB eMarker（电子标签芯片）。成立以来，慧能泰连续推出多款业界领先的产品并广受市场欢迎。公司芯片出货量逾8亿颗，标杆性客户有联想、小米、三星、HP、贝尔金和努比亚等。同时，慧能泰也致力于提高能源利用效率、研究能源控制技术，借助自身的技术研发优势，面向ICT（通信服务器）、数据中心、光伏逆变器、储能等工业应用，研发数字电源控制芯片、高压驱动芯片、电源转换芯片和模块等产品。

慧能泰半导体肩负着“芯智慧 芯能源，共建绿色未来”的使命，立志成为业界领先的智慧能源控制技术供应商。