慧能泰PWM倍相控制器HP1800的功能亮点

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。HP1800可以用传统的12 V->1 V buck型multi-phase voltage controller去控制48 V->1 V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

功能亮点3：使用传统多相控制器拓展多相半桥倍流整流单级变换器

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。

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。