电源学会学术年会前沿报告：GaN+HSC解决方案，开启数据中心48V高效转换新纪元

日前，第四届中国电力电子与能量转换大会暨展览会、中国电源学会第二十八届学术年会（CPEEC & CPSSC 2025）在深圳圆满落幕。思瑞浦研发团队深度参与，并就数据中心48V供电系统这一关键技术作了相关报告，同时与现场专家进行深入讨论。

 

01数据中心的48V革命

在算力需求爆发的时代，数据中心正面临严峻的能耗挑战。以NVIDIA为例，其最新AI基础设施架构白皮书显示，其下一代GPU单机架的功率密度已较2020年的上一代机架增长超100倍，功率达到MW，提升速度接近指数级。功率的激增使得传统12V供电架构已不堪重负。而新兴的48V架构凭借其独特优势，正成为行业新宠。

 

02

如何高效地把48V变成12V

 

传统12V供电架构

 

新一代48V供电架构

 

12V供电架构与48V供电架构对比
传统12V供电架构	新一代48V供电架构
基于在线交流UPS，转换级数多，能效低； 12V母线架构，线损严重。 扩容需要增加整个UPS模块，工程复杂。	分布式48V UPS，减小转换级数； 48V母线架构，线损降低； 按需增加机柜，无缝平滑扩容。

把48V电压高效转换到芯片所需的超低电压（如0.8V-3.3V），是一个行业公认的难题。核心挑战在于：降压幅度越大，传统方案的效率损失就越严重。为此，业界普遍采用“两步走”的分级降压方案：

第一级（48V→12V）：由专门的48V总线变换器（IBC）高效完成；

第二级（12V→负载电压）：再由靠近芯片的负载点（PoL）变换器精细调节。
 

这种架构在保证整体效率的同时，优化了系统散热和供电布局。那么，关键的第一步（48V→12V）如何实现？主流方案可分为两大类：

 

一、硬开关方案

特点：原理直接，设计相对简单，对元器件参数的细微变化不敏感，更易实现。

代表：多相BUCK变换器、混合开关电容（HSC）变换器。
 

二、软开关方案

特点：理论开关损耗更低，但对参数更敏感，设计复杂度高。

代表：LLC谐振变换器、谐振型开关电容变换器。

其中，混合开关电容（HSC）变换器正成为一种高密度、高效率的热门选择。它与谐振型方案不同，工作在非谐振模式。这带来一个突出优势：对电感和电容的精度要求大幅降低，从而简化了电路设计，并有效控制了成本。同时，HSC通过巧妙的结构减少了对大型磁性元件的依赖，为实现更高的功率密度打开了新思路。
 

48V IBC实现方案

 

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思瑞浦的高效能方案

 

HSC变换器：利用电容传递能量，配合磁性元件进行滤波，实现了固定的1/4分压，大大减小了被动元件体积。

 

核心架构包括：

开关电容网络：由多个开关管与飞跨电容组成，负责快速切换电荷，实现降压；

磁性元件：抑制纹波，进一步实现降压，提升功率密度。

 

 

混合开关电容变换器(HSC Converter)

 

亮点A：采用GaN（氮化镓）器件（EPC2218A），开关频率高达500kHz，速度快、损耗低。

亮点B： 创新磁性设计。使用平面变压器，并巧妙利用“漏感”来替代输出滤波电感，进一步压缩体积。

亮点C： 思瑞浦的隔离器+GaN驱动方案（TPT7710 + TPM1025），保障了高频下的稳定驱动。

亮点D： 思瑞浦的隔离供电方案（TPM6501+TPL8032），保障稳定供电。
 

主电路原理图

 

驱动电路：数字隔离器+GaN驱动

 

辅电：推挽DCDC+LDO

 

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实测表现

VIN=48V稳态运行波形

下图展示了所设计样机的效率曲线。结果表明峰值效率可达97.14%，在输出功率100W至160W范围内，效率均保持在97%以上。

 

VIN=48V效率曲线

05

总结

思瑞浦的HSC方案为数据中心电源提供了高密度、高效率的参考设计，解决了从48V母线到中间总线的关键转换难题。

除此之外，思瑞浦还为其他的48V电源砖拓扑提供全栈解决方案，覆盖供电、驱动、功率MOS、采样和保护关键环节，推动智算中心快速迭代。

供电	TPP0003X	TPQ5180	TPL5080	TPL8032
	高压同步BUCK	原边反馈Flyback	高压低静态功耗LDO	高压低噪LDO
驱动	TPM27282	TPM27211	TPM27524	TPM21550	TPM1025	TPM6501
	高压半桥栅极驱动	高压半桥栅极驱动	双通道低边栅极驱动	双通道隔离栅极驱动	GaN栅极驱动	变压器驱动器
采样/保护	TP5531	TPA191	TPA132	TPCMP27X	TPR6040	TPR33
	零漂运算放大器	电流检测放大器	电流检测放大器	高速比较器	并联型电压基准	串联型电压基准
功率MOS	CMSH1080M	CMSH3085M
	100V NMOS	30V NMOS