基于慧能泰HP1000芯片的四分之一砖高效电源参考设计

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

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

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10亿颗，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。