慧能泰HP1000 600W 1/4磚模塊全橋變換器參考設(shè)計(jì)方案解析

前言

慧能泰近期正式發(fā)布基于自家多功能 DC-DC 數(shù)字電源控制器 HP1000 打造的 600 W 1/4 磚全橋變換器參考設(shè)計(jì)。該方案面向以 48V 為中壓母線的數(shù)據(jù)中心、通信和工業(yè)電源應(yīng)用，支持 42–75 VDC 寬輸入范圍，輸出 12V/50A，額定功率 600 W，峰值效率高達(dá) 96.3%，滿載效率也可達(dá)到 95.7%。

整機(jī)采用符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 1/4 磚封裝尺寸，能在有限體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)高功率密度、高效率和完備的數(shù)字化管理能力，為新一代 800 VDC 直流配電架構(gòu)下的 IBC 設(shè)計(jì)提供了一個(gè)可直接參考、可快速產(chǎn)品化的樣板平臺。

簡單來說，這就是一款把 48V 電壓高效變成 12V 的 600W 標(biāo)準(zhǔn) 1/4 磚電源模塊參考設(shè)計(jì)，能讓工程師不用寫一行代碼，就快速造出高性能、且自帶實(shí)時(shí)監(jiān)測功耗功能的電源產(chǎn)品，主要用在服務(wù)器、數(shù)據(jù)中心等給處理器供電，幫助整機(jī)更省電、更省空間、設(shè)計(jì)調(diào)試也更省心。

接下來充電頭網(wǎng)將帶來這款方案的解析，讓大家對這款方案有一個(gè)更加深入的了解。

慧能泰HP1000 600W 1/4磚模塊全橋變換器參考設(shè)計(jì)解析

這款參考設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)的 1/4 磚工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)尺寸，PCB 布局緊湊，功率密度極高。方案基于全橋拓?fù)浼軜?gòu)，利用平面變壓器技術(shù)實(shí)現(xiàn) 48V 到 12V 的高效轉(zhuǎn)換。

從板子布局來看，這塊 600 W 1/4 磚參考設(shè)計(jì)就是把一次側(cè)全橋功率級、二次側(cè)同步整流級、大功率磁性器件以及 HP1000 數(shù)字控制和采樣電路全部濃縮在一塊小尺寸 PCB 上，功率器件圍繞平面變壓器對稱分布，控制與檢測電路集中在下邊緣區(qū)域，典型的高功率密度服務(wù)器 IBC 模塊結(jié)構(gòu)。

方案正面焊接有濾波電感、半橋驅(qū)動芯片，電壓比較器、低壓降穩(wěn)壓器以及變壓器，左側(cè)是一排直插排針和幾顆鍍金定位柱。

背面焊接高密度MOS管陣列與主控芯片，平面變壓器右側(cè)密集排列的 8 顆MOS管是次級同步整流 MOS 陣列，左側(cè)四顆MOS管是初級全橋 MOS 陣列，左下角是同步降壓穩(wěn)壓器，右下角則是運(yùn)算放大器。

平面變壓器直接嵌入在PCB 板內(nèi)部。

實(shí)測該方案長度約為58.4mm。

寬度約為36.78mm。

厚度約為8.92mm。

與一包維達(dá)紙巾直觀對比。

拿在手上直觀感受。

重量約為45.7g。

接下來看看內(nèi)部用料。

從接口看起，方案左側(cè)的信號和輔助電源接口特寫。

該方案的主控就是這顆來自慧能泰的HP1000，這是慧能泰推出的多功能 DC-DC 數(shù)字電源控制器，面向 48V 母線的隔離/非隔離電源應(yīng)用，支持 PMBus 通訊，采用 4mm×4mm QFN-24L 小封裝，便于在高功率密度電源中快速導(dǎo)入。

HP1000提供多路可編程 PWM 與高速電壓/電流采樣，方便做數(shù)字環(huán)路控制和時(shí)序優(yōu)化；同時(shí)內(nèi)置多重保護(hù)與功率計(jì)量功能，可直接監(jiān)測輸入/輸出電壓、電流、功率與能耗，并通過 GUI 配置實(shí)現(xiàn)免代碼調(diào)試，有效降低開發(fā)周期與系統(tǒng)集成成本。

平面變壓器特寫。

旁邊整列貼片 MLCC 則是一次側(cè)母線濾波和高頻去耦電容，用來抑制開關(guān)尖峰、減小環(huán)路寄生參數(shù)。

旁邊豎直排布的四顆大功率 MOS 管構(gòu)成一次側(cè)全橋開關(guān)陣列，四顆料號相同，型號BSC050N10NS5ATMA1，來自Infineon英飛凌，NMOS，耐壓100V，導(dǎo)通電阻5mΩ，額定電流 16A，采用TDSON8封裝。

平面變壓器旁邊8顆MOS管是次級側(cè)的同步整流陣列，通過多顆 MOS 并聯(lián)減小導(dǎo)通損耗，保證輸出在滿載時(shí)仍然保持較高效率。這8顆MOS管料號相同，均來自英飛凌，型號BSC010N04LS6，耐壓40V，導(dǎo)阻1mΩ，采用TDSON-8 FL封裝。

輸出濾波電容特寫。

運(yùn)算放大器來自TI德州儀器，絲印0AVQ，實(shí)際型號OPA365AIDBVR，采用SOT23-5封裝。

用于輸出電壓反饋的L217貼片光耦。

同步降壓穩(wěn)壓器來自TI德州儀器，型號LM5018，這是一款集成了高側(cè)和低側(cè) MOSFET 的 100V、300mA 同步降壓穩(wěn)壓器，采用SOIC-8-EP封裝。

旁邊與之搭配的降壓電感特寫，上面貼有絕緣膠帶。

R47輸出濾波電感特寫。

電壓比較器絲印RAI，實(shí)際型號TLV3201AIDBVR，來自TI德州儀器，采用SOT23-5封裝。

低壓降穩(wěn)壓器絲印LPFG，實(shí)際型號LP2985-33DBVR，來自TI德州儀器，采用SOT23-5封裝。

用于驅(qū)動半橋功率管的芯片來自TI德州儀器，型號UCC21225ANPLR，這是一款采用封裝型 5mm x 5mm LGA 封裝的2.5kVrms 隔離式雙通道感應(yīng)驅(qū)動器，配備4A 極拉電流和 6A 極灌電流能力，支持半橋、雙低邊或雙高邊等多種拓?fù)渑渲谩?/p>

另一顆料號相同，同樣為德州儀器UCC21225ANPLR。

另一顆料號相同，同樣為德州儀器UCC21225ANPLR。

另一顆料號相同，同樣為德州儀器UCC21225ANPLR。

脈沖變壓器特寫。

初級側(cè)輸入與通訊接口一覽。

次級側(cè)輸出端子特寫，采用了三根非常粗壯的實(shí)心銅柱設(shè)計(jì)，表面均經(jīng)過了加厚的鍍金處理。

充電頭網(wǎng)總結(jié)

慧能泰這塊 600W 1/4 磚板卡的布局是典型的高功率密度數(shù)字電源思路，中間平面變壓器實(shí)現(xiàn)高頻隔離和能量傳輸，左右兩側(cè)分別布置一次側(cè)全橋 MOS 和二次側(cè)同步整流 MOS，靠近板邊則是輸入/輸出濾波網(wǎng)絡(luò)和大電感，底邊集中放置 HP1000 以及驅(qū)動、采樣和保護(hù)電路，通過排針對外提供數(shù)字通信和調(diào)試接口，在很小的體積內(nèi)完成從功率級到數(shù)字控制、從功率轉(zhuǎn)換到功率計(jì)量的一體化實(shí)現(xiàn)。

這款基于 HP1000 的 600W 1/4 磚模塊參考設(shè)計(jì)不僅是一次技術(shù)實(shí)力的展示，更是對數(shù)據(jù)中心電源開發(fā)模式的一次革新。通過拆解可見，該方案在硬件上堆料扎實(shí)，巧妙結(jié)合了平面變壓器、英飛凌高性能 MOS 陣列及高壓隔離驅(qū)動技術(shù)，在標(biāo)準(zhǔn) 1/4 磚的小空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了 600W 的強(qiáng)悍輸出與 96.3% 的峰值效率，完美契合 AI 算力時(shí)代對高功率密度的嚴(yán)苛需求。