近日，慧能泰一篇产品技术文章在海外平台EEtimes上线。内容围绕慧能泰高性能PWM倍相控制器HP1800展开，介绍了如何通过单级48V直降超低压的转换架构，提升AI数据中心供电效率。
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HP1800：单级 48V转至超低电压的神奇特性
48V在现代数据中心中的必要性
在最近的 OCP 全球峰会上，英伟达正式发布了一份白皮书，阐述了人工智能工厂电力基础设施的下一阶段发展蓝图。该新架构创新性地从传统的 415 伏交流电或 480 伏交流电转向端到端的 800 伏直流母线，消除了冗余的中间交流 - 直流转换阶段，并将高压直流电直接输送至计算节点。这一方案不仅显著降低了传输损耗，与传统多级转换方案相比，还可节省高达 26% 的空间。
在这一层级化的电源架构中，48V 供电轨对于提升系统效率而言至关重要。800 VDC等高压总线架构在机架层面解决了长距离功率传输问题，但从48 V到处理器核心的最终传输仍然是最困难的部分。随着人工智能处理器进入千瓦级，其核心电压仍维持在 0.8 伏至 1.1 伏之间，而负载电流则攀升至千安培范围，并伴随微秒级的负载瞬变。因此，负载点（PoL）DC-DC转换器是直接在处理器现场提供低工作电压的必要设备。否则，I²R损耗在漫长的低压配电线路中就会变得难以接受。在此语境下，PoL 负载涵盖通用型处理器、应用专用处理器、GPU、FPGA 以及 ASIC 等。
两阶段转换与单阶段转换
传统的两阶段方法
在传统的48V架构中，主流解决方案使用两级转换拓扑。首先，中间母线转换器（IBC）将48V降至12V的中间母线电压。然后，多相降压PoL转换器将12V降至芯片核心（如MCU、FPGA或ASIC）所需的超低电压。第一级可以达到约96%的峰值效率（在某些设计中高达97%或更高），第二级多相降电压转换器可以单独达到约92%的峰值效能。由于端到端效率是两级转换的产物，在系统级损耗之前，结果约为88%。当进一步考虑整个功率路径的分布损耗、寄生阻抗和其他现实因素时，两级系统通常仅提供约86%的端到端效能。
两级法仍然是行业主流，主要是因为供应链成熟，并且架构可以通过添加相位或模块来简便扩展。然而，它也有固有的缺点。最终级的电感必须承载全直流负载电流，这使得磁性组件难以收缩，而硬开关退火限制了开关频率的可扩展性。该架构还需要两个独立的功率转换模块和相应的磁性组件中，增加了整体体积和材料成本。更长的功率路径引入了更大的寄生阻抗，这降低了动态响应性能，12V中间总线意味着高分布电流，会在电路板上产生显著的铜损耗。
图1:从48V到超低电压的传统主流两级电源解决方案
单阶段直接转换的优势
相比之下，单级直接转换架构将48V输入直接转换为目标低压。通过消除中间转换阶段，典型的总体效率在峰值运行点上升到90-92%，比最佳的两级解决方案提高了2%到4%。将48V更靠近负载也显著减少了配电铜损耗，因为电流（即I2R损耗）与电压比的平方成比例下降。行业研究表明，即使在数据中心规模上，PoL效率仅有1%到2%的适度提高也能显著节省能源。
在物理布局方面，单级转换可以通过消除中间总线电路和利用更高的开关频率，将有源功率转换面积减少约75%，并将元件数量减少约40%。更短的功率路径还降低了回路电感，从而优化负载瞬态响应性能。
图2:单级48V到超低压直接转换解决方案
HP1800:从单级48V到超低电压的实用路径
为了弥合单级拓扑和实际实现之间的差距，Hynetek提供了HP1800互补PWM相位倍增器。该芯片专门为高密度、高效率的DC-DC电源设计，将单个三态PWM输入扩展为四个输出，形成在180°交错的两个互补相位。它允许传统两级解决方案的第二级多相控制器直接驱动48V输入的单级半桥电流倍增整流器，而不需要任何额外的PWM控制信号，并兼容标准的DrMOS或离散驱动器解决方案。
HP1800芯片特点
图3:HP1800 DFN-8L封装和引脚定义
VCC 最大供电电压：7 V
信号扩展：从单个 PWM 输入信号出发，可输出四个 PWM 信号，这些信号的两个互补相位以 180° 相互交错。
开关频率范围：200 kHz 至 2 MHz
三态输入：PWM_IN 支持三态信号输入；高阻抗状态可用于停止 PWM 输出。
可编程死区时间：初始的 PWM 死区时间配置可进行编程设置。
工作温度范围：–40°C 至 125°C
典型应用程序框图
HP1800驱动多相交错半桥电流倍增整流转换器（HBCD）。该转换器通过单级功率转换将典型的48V输入降至超低电压，显著提高了效率，相比于两级方法。PWM_IN和EN信号由外部传统多相控制器控制，而PWM1到PWM4输出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和PWM3/PWM4）之间的初始死区时间可以通过PWM1终端的电阻R1和PWM4终端的电抗R4独立配置。这允许对死区时间进行微调，以匹配所使用的电源设备的特定开关特性。
图4:典型应用程序框图
亮点1:互补PWM相位倍增输出
HP1800将单个三态PWM输入信号扩展为四个PWM输出信号，两个互补相位在180°交错。这极大地促进了需要多相互补PWM驱动的主电源拓扑，减少了对主控制器PWM输出通道的设计需求。
此外，通过 PWM1 和 PWM4上的下拉电阻，可以独立地初始化和配置 PWM1 、PWM2 和 PWM3、 PWM4的死区时间，允许根据实际系统要求灵活调整。
图5:HP1800 PWM_IN输入和 PWM1 到 PWM4 输出时序图
亮点2:综合抗扰动机制
由于四个互补PWM输出信号完全由单个PWM输入信号控制，PWM输入的任何干扰或异常时序都会对输出稳定性构成严重威胁。在严重情况下，互补信号可能会射穿，损坏电源设备。
直通风险：若因输入干扰导致互补的 PWM 信号发生重叠，则上桥臂和下桥臂开关可能同时导通，从而形成从输入端到地线的低阻抗通路，进而瞬间摧毁功率器件。
HP1800通过优化PWM输入信号进入或退出三态（高阻抗）状态的控制逻辑以及输出互补信号的定时来解决这一问题。这有效地处理了外部突然异常干扰。
图6:HP1800在完成一个PWM脉冲后开始输出:（左）PWM_IN从三态到低电平的转换；（右）PWM_2IN从三状态到高电平的转变
图7:HP1800的抗干扰逻辑滤波器PWM_IN干扰脉冲和故障超过信号高/低阈值
亮点3:使用HP1800的旧版控制器实现多相HBCD
将传统的多相控制器改装为驱动交错半桥电流倍增整流器的主要挑战是可用的PWM输出通道不足。这种需求通常超过了大多数标准控制器在不增加外部逻辑电路的情况下的输出容量。HP1800有效地解决了这一问题。如图8所示，它仅从现有的多相控制器的三个状态PWM输入端扩展为四个互补输出端，这些输出端排列为在180°交错的两个相位。这使得控制器只需使用一个PWM引脚即可驱动整个双相半桥电流双增变换器，从而消除了对具有多个PWM通道的专用控制器的需要。
图8:利用HP1800扩展多相交错电流倍增整流器应用
结论
与传统的两级电源解决方案相比，HP1800支持的单级拓扑结构提供了更高的效率、更简单的设计和一种全新的计算电源交付方法。通过将单个PWM输入扩展为四个互补输出，具有可编程的死区和强大的抗干扰保护，HP1800允许设计人员从两级转换为单级48 V到超低电压转换，而无需额外的PWM控制信号，从而显著降低了采用的障碍。
随着数据中心（AIDC）不断扩展以承载人工智能工作负载，其电力需求持续增长，单级 PoL 转换将在减少能源浪费、降低二氧化碳排放以及控制系统成本方面发挥关键作用。HP1800 定位为推动这一全行业转型的核心赋能者，提供从两级架构向单级架构的实用迁移路径，且无需新增 PWM 控制基础设施带来的额外开销。
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关于慧能泰半导体
深圳慧能泰半导体科技有限公司（简称“慧能泰”）是一家专注于智慧能源控制技术的公司，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。2026年5月，慧能泰正式成为科创板上市公司东微半导（688261.SH）的控股子公司，开启“数字控制+功率执行”全链路整合。 公司总部位于深圳，在上海和杭州设有研发中心。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“国家高新技术企业”，2023年被评为国家级专精特新“小巨人”企业，2025年被评为广东省制造业单项冠军企业。
目前，公司围绕USB Type‑C生态链布局，开发并量产了充电器端快充协议和电源管理芯片、设备端协议和电源管理芯片、线缆端电子标签芯片等产品，覆盖手机、笔记本电脑、IoT设备等应用。在数字电源控制领域，慧能泰聚焦数字化、智能化能源控制，深耕AI人工智能、通信和数据中心、工业控制、储能及消费领域的数字电源芯片解决方案，与头部公司达成深度合作。公司芯片累计出货量逾15亿颗，标杆客户包括联想、三星、安克创新等。
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