工業(yè)和汽車等應(yīng)用正在加速向48 V供電系統(tǒng)過渡，這一趨勢的背后是48 V架構(gòu)在效率、功率密度和系統(tǒng)性能上的顯著優(yōu)勢。相較于傳統(tǒng)的12 V供電系統(tǒng)，48 V架構(gòu)能夠在相同功率下大幅降低電流，從而減少布線中的能量損耗，并允許使用更細、更輕的導(dǎo)線，降低系統(tǒng)成本和重量。除此之外，48 V架構(gòu)能夠為高功率需求的設(shè)備提供更強的電力支持，滿足現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備對高性能和復(fù)雜功能的需求。

近日，慧能泰推出了首款多功能DC-DC數(shù)字電源控制器——HP1000。它專為高密度、高效DC-DC電源轉(zhuǎn)換而設(shè)計，配備符合PMBus 1.2版標(biāo)準(zhǔn)的接口。該器件提供先進的電源控制解決方案，主要面向典型為48 V輸入的隔離式和非隔離式DC-DC次級側(cè)應(yīng)用，涵蓋閉環(huán)隔離拓?fù)洌ㄈ缛珮蜃儞Q器、半橋變換器、有源鉗位正激變換器、推挽變換器等）、開環(huán)隔離拓?fù)洌ㄈ玳_環(huán)LLC變換器，中間母線電源IBC）、多相交錯降壓變換器、混合開關(guān)電容變換器（Hybrid Switched-capacitor Converters)等場景。

在AI服務(wù)器與機器人技術(shù)爆發(fā)式發(fā)展的驅(qū)動下，48 V電源架構(gòu)正成為高功率密度場景的必然選擇。通過四倍電壓提升，電流銳減至原有水平的四分之一，傳輸損耗大幅減低，從根本上突破傳輸損耗與散熱瓶頸，實現(xiàn)能效的跨越式升級。借助HP1000數(shù)字電源控制器，新型拓?fù)浼夹g(shù)（如混合開關(guān)電容架構(gòu)）深度融合電容儲能與高頻開關(guān)特性，在超高降壓比場景下達成效率與功率密度的雙重突破。而采用HP1000控制基于氮化鎵（GaN）的多相交錯變換器為實現(xiàn)更小體積、更高效率提供了可能。

HP1000具備廣泛編程能力，包括集成高性能數(shù)字補償器，支持快速輸入電壓前饋，支持多種PWM輸出類型及時序配置，恒流模式，以及軟啟動/停止序列與同步功能。此外，其還提供靈活的保護特性，包括過壓保護（OVP）、短路保護（SCP）、反向電流保護（RCP）和過溫保護（OTP），致力于打造可靠的電源管理方案。

HP1000采用直觀的用戶可編程界面，無需工程師具備軟件知識，硬件工程師就能直接監(jiān)控電源的各個狀態(tài)，同時可以靈活修改各項電源配置（包括環(huán)路），以快速定位問題與進行性能優(yōu)化。采用圖形化的界面配置，可以大大提升產(chǎn)品推出速度。

HP1000可廣泛應(yīng)用于隔離或非隔離DCDC磚模塊電源，中間母線電源轉(zhuǎn)換器，通訊電源，工業(yè)智能電源系統(tǒng)等場景。HP1000提供4mm x 4mm QFN-24L封裝。

圖1：HP1000 QFN-24L封裝及引腳定義圖

HP1000芯片特性?

? 多功能電壓模式數(shù)字控制器

? ?40°C到+125°C運行溫度范圍

? 符合PMBus Revision 1.2通訊接口，支持PEC和自定義擴展指令

? 最大6路可編程PWM輸出，312.5 ps等效分辨率

– 可編程開關(guān)頻率范圍50 kHz到1 MHz

– 針對開環(huán)LLC應(yīng)用支持可編程多段占空比和開關(guān)頻率的軟啟動

– 頻率同步

– PWM1/2支持HiZ模式

? 高速電壓采樣ADC

– 獨立的50 MHz跟蹤型ADC分別用于輸入電壓和輸出電壓采樣

– 采樣范圍0到1.6 V

– 支持副邊整流后電壓作為輸入電壓采樣

? 高速電流采樣ADC

– 獨立的25 MHz Σ-Δ ADC分別用于原邊電流和輸出電流采樣

– 支持原邊逐周期峰值電流快速保護

– 支持副邊逐周期峰值電流快速保護

– 支持副邊同步整流管等效二極管模式

? 高性能環(huán)路控制

– 高性能數(shù)字環(huán)路補償器

– 支持雙采樣雙更新

– 高速輸入電壓前饋控制

– 預(yù)偏置啟動

– 副邊同步整流管DCM模式控制

? 其他功能

– 獨立的25 MHz Σ-Δ ADC用于通用模擬信號采樣，如溫度、PMBus地址檢測等

– 數(shù)字被動均流

– IMON輸出電流指示

– 外部NTC電阻溫度檢測

– ROV冗余輸出電壓過壓保護

– 豐富、靈活、可獨立編程的故障檢測和保護機制

– 支持4個可編程通用IO

– 可兼容DOSA模擬Trim功能

? 通過直觀的圖形用戶界面（GUI）進行編程

圖2：HP1000典型應(yīng)用框圖

01可靈活配置的高性能Type-lll數(shù)字補償器

HP1000集成了可靈活配置零極點的高性能Type-III數(shù)字補償器，對差分輸出電壓VS±信號通過高速跟蹤型ADC的進行采樣、濾波后進入環(huán)路運算，可有效降低系統(tǒng)擾動對高速環(huán)路控制的影響。同時，HP1000支持雙采樣雙更新模式，有效降低控制延遲、提高系統(tǒng)帶寬和相位裕度。

圖3是輸入電壓48 V，輸出電壓12 V，負(fù)載20 A時，使能雙采樣雙更新模式，穿越頻率16.3 kHz, 相位裕度67.8°，增益裕度10.6 dB。

圖3：閉環(huán)傳遞函數(shù)bode圖，雙采樣雙更新使能

圖4是相同條件下關(guān)閉雙采樣雙更新模式，穿越頻率10.7 kHz, 相位裕度59.5°，增益裕度10.75 dB。

圖4：閉環(huán)傳遞函數(shù)bode圖，雙采樣雙更新關(guān)閉

02高速輸入電壓前饋

HP1000通過高速跟蹤型ADC，支持對輸入電壓進行直接采樣（GPA模式）或副邊整流電壓采樣（VRS模式）。在變壓器隔離的硬開關(guān)橋式拓?fù)鋺?yīng)用中，通過VRS模式副邊整流電壓的平臺電壓進行采樣，可實時參與輸入電壓前饋計算，從而使輸出的PWM脈寬實時跟隨輸入電壓變化。

圖5：通過VFF的VRS采樣模式對輸入電壓進行實施檢測與輸入電壓前饋計算

圖6：輸出電流20 A, 輸入電壓從36 V 到75 V跳變 (< 10 μs)，斜率6 V/μs

C1: VIN; C2: PWM2; C3: Primary Current; C4: VOUT (AC)

03數(shù)字電源監(jiān)控功能

HP1000具備完善的數(shù)字電源監(jiān)控功能（PSU Monitor），主機可通過PMBus接口實時精準(zhǔn)獲取電源的輸入電壓、輸出電壓、輸出電流、輸出功率、模塊溫度和故障保護狀態(tài)等重要信息，這使得系統(tǒng)管理者可以實時了解電源狀態(tài)和安全運行。

圖7：HP1000系統(tǒng)實時監(jiān)控界面

圖8和圖9為輸出電流和輸出電壓監(jiān)控測試數(shù)據(jù)：

圖8：輸出電流監(jiān)測

圖9：輸出電壓監(jiān)測

慧能泰同步推出了HP1000 240 W的全橋變換器評估板。該評估板基本參數(shù)如下：

輸入電壓：36到75 VDC

輸出電壓：12 VDC

輸出功率：240 W

開關(guān)頻率：200 kHz

圖10：采用HP1000的240 W全橋變換器評估板

以下是評估板部分性能測試結(jié)果：

圖11：負(fù)載調(diào)整率

圖12：輸入電壓調(diào)整率

圖13：負(fù)載跳變，輸入電壓48 V, 輸出電流0到10 A，負(fù)載斜率2.5 A/μs

C1: VOUT (AC); C4: IOUT

圖14：負(fù)載跳變，輸入電壓48 V, 輸出電流10 A到20 A，負(fù)載斜率2.5 A/μs

C1: VOUT (AC); C4: IOUT

圖15：負(fù)載跳變，輸入電壓48 V, 輸出電流0到20 A，負(fù)載斜率2.5 A/μs

C1: VOUT (AC); C4: IOUT

圖16：輸出電壓過電壓保護與重啟

C1: VOUT; C4: IOUT

圖17：輸出電流恒定電流以及過流欠壓保護與重啟

C1: VOUT; C4: IOUT

圖18：輸出短路保護與重啟，輸入電壓48 V，輸出端口短路

C1: VOUT; C4: IOUT

從“夠用”到“卓越”，HP1000讓電源設(shè)計更簡單、更高效、更智能！

關(guān)于慧能泰半導(dǎo)體

深圳慧能泰半導(dǎo)體科技有限公司是一家專注于智慧能源控制技術(shù)的公司，主要面向智能快充和數(shù)字能源領(lǐng)域，提供高性能數(shù)模混合芯片產(chǎn)品。公司總部設(shè)立在深圳前海，同時在上海、浙江杭州、美國加州設(shè)有研發(fā)中心。慧能泰的核心研發(fā)團隊來自國內(nèi)外頂尖半導(dǎo)體公司，擁有強大的研發(fā)創(chuàng)新能力。公司現(xiàn)已獲多項授權(quán)專利，擁有獨立自主知識產(chǎn)權(quán)，并于2020年被評為“高新技術(shù)企業(yè)”，2023年獲評國家級專精特新“小巨人”企業(yè)。

目前，慧能泰已完成了圍繞USB Type-C生態(tài)鏈的整體產(chǎn)品布局，開發(fā)并量產(chǎn)了多款產(chǎn)品：供電端的多系列PD Source協(xié)議芯片，受電端的高性能PD Sink(PD 誘騙芯片)、Type-C端口控制器（CC Logic），線纜端的USB eMarker（電子標(biāo)簽芯片）。成立以來，慧能泰連續(xù)推出多款業(yè)界領(lǐng)先的產(chǎn)品并廣受市場歡迎。公司芯片出貨量逾8億顆，標(biāo)桿性客戶有聯(lián)想、小米、三星、HP、貝爾金和努比亞等。同時，慧能泰也致力于提高能源利用效率、研究能源控制技術(shù)，借助自身的技術(shù)研發(fā)優(yōu)勢，面向ICT（通信服務(wù)器）、數(shù)據(jù)中心、光伏逆變器、儲能等工業(yè)應(yīng)用，研發(fā)數(shù)字電源控制芯片、高壓驅(qū)動芯片、電源轉(zhuǎn)換芯片和模塊等產(chǎn)品。

慧能泰半導(dǎo)體肩負(fù)著“芯智慧 芯能源，共建綠色未來”的使命，立志成為業(yè)界領(lǐng)先的智慧能源控制技術(shù)供應(yīng)商。