自開關電源誕生以來，功率密度的提升一直是開關電源設備不斷演進的方向之一。

近年來，隨著大型AI處理器芯片的迅猛發展，單顆GPU的功耗已超過1kW,供電電流甚至達到1000A+級別,這不僅給板載電源的設計帶來巨大挑戰,也將傳統PSU功率不斷推高至新的水平。AI計算數據中心引發的功率恐慌迫使業內重新優化整體供電架構，以進一步提升效率降低損耗。

AI服務器供電框圖

為了節省寶貴的空間，電源轉換器必須具備更高的功率密度。第三代寬禁帶半導體功率器件GaN和SiC MOSFET由于具有極低的開關損耗使得大幅提升開關頻率成為了可能，結合新的拓撲，電源轉換器可在高頻運行下仍然獲得優異的效率表現。

而這一切卻為數字電源控制器帶來了新的挑戰，新的拓撲需要更復雜的控制邏輯，更高的開關頻率意味著更快的實時性計算要求，第三代寬禁帶半導體器件的采用意味著MCU需要承受更高水平的傳導和輻射電子干擾。

上海海思新一代面向數字電源應用的MCU產品Hi3071正是為了應對這些挑戰，以滿足當前高功率密度電源的創新設計需求。其主核采用成熟的高性能Cortex-M7內核，帶有超標量雙發射6級流水線，從容應對并行任務。除了4KB的指令緩存I-Cache和數據緩存D-Cache外，Hi3071還具備64KB的指令緊耦合內存I-TCM和64KB的數據緊耦合內存D-TCM，可大幅提升程序運行速度，滿足開關電源環路控制實時性需求。

Hi3071主要配置

硬化數字環路

滿足環路高速更新要求

隨著開關電源進入MHz時代，數字控制器的環路計算時間已要求小于1us。

Hi3071提供3路獨立的硬化環路控制單元，每路均獨立配備高速內置誤差采樣ADC和硬件PID濾波控制單元，ADC采樣速率高達15.6MSPS，可提供400ns數字PID控制環路更新能力。靈活的3路獨立硬化環路可以方便地配置為電壓外環、電流內環、三環取小或雙環取小以實現常見的電流型控制、電壓型控制或充電電路的恒壓恒流控制。

為提升動態響應能力，Hi3071還支持一路硬件濾波環路配置為前饋模式，同時支持多達7組可配置PID參數和PID參數的區間動態平滑切換，可實現四開關Buck-Boost不同模式間的真正自動平滑切換。硬化環路工作模式僅需配置相關寄存器即可，能大大節省軟件編程工作量，縮短產品開發到上市時間。

3路硬化PID環路示意圖

靈活強大的高精度PWM

打造數字電源基石

開關頻率的提高還會帶來另一個挑戰，PWM分辨率與輸出電壓精度之間的失配，即電源控制中的極限環振蕩問題。

Hi3071提供6組共12路高精度PWM輸出，分辨能力可達125ps，輕松滿足MHz高開關頻率下脈沖寬度調制和脈沖頻率調制的精度要求。

多組PWM之間支持內部同步或與外部信號同步，可實現多相控制時的錯位移相發波功能，緩存寄存器與多種加載模式結合，可確保PWM波形在復雜電磁干擾環境下的穩定輸出。精心打造的高精度PWM模塊可以靈活適應常見的Buck, Boost, Buck-Boost, PSFB, LLC等多種定頻或變頻控制拓撲。

快速響應CBC

為電源可靠性保駕護航

一個可靠的電源設備必須在面對各種輸入輸出故障時能迅速作出響應以保障器件在安全范圍內持續工作，而逐波限流CBC是目前大多數電源采取的過載限流保護措施。

Hi3071支持多種硬件信號源或軟件觸發fault信號以啟動CBC，針對fault信號提供了可編程計時或計數濾波功能，還提供了具有創新特色的CBC封波match功能，即當主開關管發生故障而斬波時，可對從開關管進行同等寬度斬波，保證主、從開關管即使發生故障封波也能具有同等大小的脈沖寬度。

該封波match功能還支持主從固定和主從切換模式，在主從切換模式下，先發生fault砍波即變為主，另一個則自動跟隨砍波和緩展。該功能可以進一步提升電源設備進入CBC時的可靠性，防止磁性器件電流因施加非對稱伏秒波形而累計增長過大導致關斷損耗過高異常發熱等情形。

CBC封波match示意圖

小型邏輯可配置單元

為靈活性控制添磚加瓦

針對系統開關機、故障保護的復雜發波邏輯及同步整流死區時間自適應調整的需求，Hi3071還提供了6路小型可配置邏輯單元（configurable logic cell），每路CLC模塊支持4組輸入，每組輸入為8選1通道，輸入信號包含數字比較器輸出、模擬比較器輸出、PWM輸出和其他CLC模塊輸出信號，最終實現這些信號的靈活邏輯組合輸出和時序控制，可節省外部邏輯器件或CPLD的使用，滿足客戶的創新需求。

超強EMI抗性

惡劣環境下長壽命高可靠性連續工作

電源設備的工作空間本來就電磁干擾嚴重，隨著開關頻率的提升和第三代寬禁帶半導體器件碳化硅、氮化鎵MOSFET的采用，功率器件開關節點的dv/dt有著數量級的提升。

上海海思依托多年在電源控制芯片領域的深厚積累，從設計層面就加強Hi3071對ESD、瞬變電脈沖、浪涌、傳導和輻射電磁騷擾的防護能力，pin腳端口HBM ESD 超過±2000V，閂鎖觸發電流超過±100mA，內部采用金線鍵合以提供更好的電氣性能及抗彎折性，封裝采用超低α粒子ULA材料以降低存儲器的單粒子翻轉錯誤發生率，減少客戶外圍防護器件的使用成本，提升電源系統的健壯性和可靠性。

Hi3071憑借硬件PID環路和Cortex-M7內核的靈活結合，再加上為高性能電源量身定制的高精度PWM、可配置邏輯單元、CBC封波匹配功能、集成高精度運放等元素，可出色地支持目前常見的圖騰PFC、交錯LLC、移相全橋、Buck-Boost和Hybrid Switched Capacitor等拓撲，可作為服務器電源、工業定制電源、磚模塊電源和中間母線轉換電源的平臺性控制器。