在不久前OCP全球峰會上，英偉達（NVIDIA）正式發布白皮書，全面描繪了AI工廠電力基礎設施的下一階段發展藍圖。該新架構創新的從傳統415 VAC或者480 VAC交流電轉向構建端到端的800 VDC直流母線，省去了中間多余的交直流轉換環節，直接將高壓直流電輸送至計算節點。此舉不僅顯著降低了傳輸損耗，相比傳統多級轉換方案，還能節省高達26%的空間。而在數據中心的分級電源架構中，48 V供電架構因其能顯著降低傳輸損耗而成為提升系統效率的關鍵。

在48 V供電架構中，傳統主流方案采用兩級轉換拓撲：首先通過中間總線轉換器（IBC）將48 V降至12 V中間總線電壓，再由負載點（PoL）轉換器將12 V轉換為芯片核心（如MCU，FPGA或ASIC）所需的0.8 V到1.8 V超低電壓。盡管單個轉換階段的效率可能達到96%，但由于累積損耗效應，兩級系統的整體效率會降至約87%左右。此外，該架構需要兩個獨立的功率轉換模塊和相應的磁性元件，這增加了解決方案的總體積和材料成本，并因更長的功率路徑引入更大的寄生阻抗，影響動態響應速度。

圖1: 傳統主流兩級電源方案

相比之下，單級直接轉換架構將48 V輸入電壓直接一步轉換為目標低電壓。這種方案通過消除中間轉換環節，將典型整體效率提升至90%以上。在物理布局上，單級轉換節省了原本用于中間總線電路的PCB面積和銅箔用量，顯著提升了功率密度。其更簡短的功率路徑還有助于降低環路電感，從而優化負載瞬態響應性能。

圖2: 應用HP1800實現48 V到1 V的單級轉換方案

近日，慧能泰推出了PWM倍相控制器HP1800，該芯片可將一個三態輸入PWM信號擴展為兩相交錯180°互補的四路PWM輸出，專為高密度、高效DC-DC電源設計。HP1800可以用傳統的12 V->1 V buck型multi-phase voltage controller去控制48 V->1 V半橋型multi-phase voltage controller, 而不需要增加額外的pwm通道，大幅降低了voltage regulator的設計難度和成本。可廣泛應用于單級PoL電源、隔離/非隔離DC-DC磚模塊電源等場景。

圖3: HP1800 DFN-8L封裝及引腳定義圖

HP1800芯片特性

VCC最大供電電壓7 V

由單個PWM輸入信號，輸出兩相交錯180°互補的4路PWM信號

開關頻率范圍200 kHz到2 MHz

PWM_IN支持三態信號輸入，為高阻態時用于停止PWM輸出

初始化PWM死區配置可編程

工作溫度范圍-40 °C到125 °C

圖4: HP1800典型應用框圖：單級48 V轉1.0 V半橋倍流整流變換器

圖5: HP1800 Demo板

功能亮點1：PWM倍相輸出

HP1800通過一路三態PWM輸入信號，擴展為兩相交錯180°分別互補的四路PWM輸出信號，極大的方便了需要多相互補PWM驅動的主功率拓撲，降低對主控制器PWM輸出通道的設計需求。同時，通過PWM1和PWM4下拉電阻，可分別對PWM1/2和PWM3/4的死區進行的初始化設定，根據實際系統靈活調整。

圖6: HP1800 PWM_IN輸入與PWM1-4輸出時序圖

功能亮點2：完善的抗擾動機制

由于四路互補導通的PWM輸出信號僅由單一的PWM輸入信號控制，任何PWM輸入信號上的擾動、異常時序等都可能對輸出信號的穩定性造成重大威脅，嚴重時可能將導致本因互補的信號直通，損壞功率器件。HP1800針對可能發生的異常工況，優化了對PWM輸入信號進入或退出第三態、輸出互補信號時序控制，能有效應對外部突發異常干擾。

圖7: (左) PWM_IN由第三態轉入低電平，并經過一個完整的PWM脈沖后開始輸出；(右) PWM_IN由第三態轉入高電平，并經過一個完整的PWM脈沖后開始輸出

圖 8: PWM_IN引入干擾脈沖且幅值超過信號高/低閾值

功能亮點3：使用傳統多相控制器拓展多相半橋倍流整流單級變換器

圖中展示了HP1800驅動一款多相交錯半橋電流倍增器轉換器的典型應用電路。該轉換器通過單級功率轉換即可將48 V典型輸入電壓降至1.0 V，與兩級轉換方案相比顯著提升了功率轉換效率。PWM_IN和EN信號由外部傳統多相控制器進行控制，PWM1至PWM4輸出則同時驅動半橋驅動器HP3010（120 V/3 A, DFN2x2-8L）和雙通道低側驅動器HP3000（30 V/5 A, DFN2x2-8L）。互補信號對（PWM1/PWM2與PWM3/PWM4）之間的初始死區時間可通過PWM1端的電阻R1和PWM4端的電阻R4獨立配置。

圖9: 多相交錯半橋倍流整流轉換器的電路框圖

采用HP1800后，整體的電源架構能夠輕松的從二級變為一級，并僅需采用原來第二級電路的多相控制器即可實現單級的48 V母線直接供電。HP1800提供了一套設計簡潔、極高性價比的算力電源的新解決思路！歡迎各位工程師來電詢問。

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