在人工智能（AI）算力爆發(fā)式增長與全球能源結構轉型的雙重驅(qū)動下，電力供給體系正經(jīng)歷從”粗放式”到”智能化”的范式變革。AI數(shù)據(jù)中心的單機功耗已突破15kW，根據(jù)Uptime Institute 2024報告記錄，電力消耗已占AI數(shù)據(jù)中心運營成本的60%以上，AI電源是驅(qū)動瓦特向比特轉化的智能神經(jīng)中樞，通過極致能效比與動態(tài)調(diào)度實現(xiàn)“每度電產(chǎn)出最大有效算力”的價值躍遷。

作為國內(nèi)領先的平臺型MCU芯片設計公司，國民技術圍繞數(shù)字能源領域進行產(chǎn)品布局，自2024年推出N32H474數(shù)字電源專用MCU芯片以來，在開發(fā)生態(tài)上持續(xù)投入，目前已構建起涵蓋芯片、電源硬件、控制算法、實時操作系統(tǒng)及配套工具全棧垂直整合生態(tài)，實現(xiàn)了軟硬協(xié)同的實時精準控制與極致能效轉化。

近日，國民技術正式發(fā)布AI數(shù)據(jù)中心數(shù)字電源參考設計方案——高性能單芯片3 kW數(shù)字電源方案NS3KW53V5P2L3，該方案以其卓越的集成度和能效表現(xiàn)，助力客戶快速構建高效、智能、可靠的電源系統(tǒng)。幫助開發(fā)者快速應對AI算力與新能源領域的關鍵電源挑戰(zhàn)，為電力電子技術邁向數(shù)字化、智能化提供核心支撐。

01 高性能單芯片3 kW數(shù)字電源參考方案—NS3KW53V5P2L3

NS3KW53V5P2L3是國民技術面向數(shù)字電源行業(yè)推出的參考設計方案，尤其適用于AI數(shù)據(jù)中心電源、戶外一體化電源等數(shù)字電源。該方案以單顆N32H474作為數(shù)字主控核心，基于自研Hunter OS實時操作系統(tǒng)開發(fā)生態(tài)鏈打造，整機峰值效率≥97.7%，達到業(yè)內(nèi)領先水平。

該方案采用前級兩相交錯無橋圖騰PFC，后級三相交錯Y-Y型LLC架構，該架構能夠靈活應用各種功率器件，在SiC、GaN等新器件的加持下，能夠深度優(yōu)化性價比，方案構架示意圖如下：

3 kW數(shù)字電源方案框圖

NS3KW53V5P2L3核心架構采用基于SiC器件的兩相交錯圖騰柱PFC前端與基于SiC器件的三相交錯LLC DC/DC隔離后端，整個前后級采用一顆N32H474芯片，負責兩級功率變換的控制算法、保護邏輯及與上位機通信實現(xiàn)了卓越的綜合性能。

方案核心優(yōu)勢：

■超高的轉換效率：整機峰值效率≥97.7%，50%~100%負載下PF >0.99。

■優(yōu)異的電氣性能： 采用CCM兩相交錯圖騰柱PFC降低輸入電流紋波和THD (<5.0% @100%負載), 三相交錯式半橋LLC實現(xiàn)高效率、低輸出紋波和快速動態(tài)負載響應。

■完備的保護功能： 具備過溫、輸出過流/過壓、輸入過欠壓等保護機制，并通過交錯式設計減小輸出母線電容需求，提升系統(tǒng)壽命。

■便捷的開發(fā)生態(tài)： 基于自研Hunter OS生態(tài)，集成上位機可視化工具，實現(xiàn)參數(shù)在線配置、波形分析和一站式保護策略管理，顯著提升系統(tǒng)智能化和調(diào)試效率。

電源方案核心指標：

100%負載下的輸入電流波形

30%負載下的輸入電流波形

不同負載下的電源效率

02高精度數(shù)字電源專用主控芯片—N32H474

N32H474是國民技術推出的專用于數(shù)字電源領域的主控芯片，該芯片基于ARM Cortex-M4F內(nèi)核設計，最高工作主頻 240MHz，支持浮點運算和 DSP 指令，提升了數(shù)據(jù)處理速度和復雜運算能力，其125ps分辨率的SHRTIM和4個獨立12bit 4.7MSPS的ADC，可滿足多種復雜拓撲結構，靈活配置PWM。

N32H474數(shù)字電源應用關鍵資源：

■高性能，實時控制電源性能

— 240 MHz@Arm-Cortex-M4F，性能達300DMIPS。

— 內(nèi)置硬件數(shù)學函數(shù)加速器Cordic，支持整點和浮點運算。

■高集成度模擬器件，簡化硬件設計

— 4x 12-bit 4.7Msps ADC，最多支持51個通道 。

— 8x 12-bit DAC。

— 7x CMP，任意比較器輸出可內(nèi)部連接到任意一個Fault或EEV輸入。

■高精度定時器，為數(shù)字電源提供了保障

— 1x 16-bit SHRTIM，12x PWM(125ps),相位可調(diào)，10個外部輸入事件，可任意I/O映射。

— 3x 16-bit ATIM，每一路ATIM支持6個獨立通道，其中4個通道支持4對互補PWM輸出。

■豐富且可任意配置的外設接口，支持多節(jié)點同步控制

— 8x U(S)ART，其中3個UART支持任意I/O映射，硬件級485使能驅(qū)動。

— 3x CAN-FD ，支持任意I/O映射。

N32H474系列MCU主要資源

03便捷的數(shù)字電源

開發(fā)生態(tài)

國民技術提供自主研發(fā)的主控MCU芯片、電源硬件、控制算法、實時操作系統(tǒng)及配套工具全棧開發(fā)生態(tài)，在行業(yè)內(nèi)率先形成高度抽象的標準化開發(fā)框架（標準化開發(fā)框架包含數(shù)字控制軟件框架與上位機調(diào)試工具）。這一創(chuàng)新開發(fā)生態(tài)可顯著提高數(shù)字電源開發(fā)效率，幫助用戶快速響應AI與新能源市場的多樣化需求。

NS3KW53V5P2L3設計方案控制軟件基于自研Hunter OS框架進行軟件開發(fā)，Hunter OS操作系統(tǒng)是一款基于時間片輪詢非槍占式硬實時控制操作系統(tǒng)。基于硬件中斷進行調(diào)度，具備非常高的可靠性，專為實時控制設計。

數(shù)字控制軟件架構

數(shù)字控制軟件架構由4層架構組成，分別為驅(qū)動層(BSW)、運行時環(huán)境層(RTE)、應用算法層(APP)和上位機工具鏈層(DebugTool)

四層架構，滿足各種標準的認證

工具鏈

國民技術提供的專業(yè)開發(fā)工具鏈包含可配置的圖形化調(diào)試工具Hunter OS DebugTool以及可視化波形調(diào)試工具Huntor OS Graphic等系列工具。

系列工具具備以下優(yōu)點：

■ 創(chuàng)新性的為數(shù)字控制的框架進行了高度抽象，大大簡化了軟件的編寫難度。

■ 突破性的給實時控制軟件提供了圖形化參數(shù)調(diào)試界面，徹底的丟棄傳統(tǒng)使用編程器調(diào)試軟件的方法。

■ 首次為自動控制(PID)參數(shù)整定提供了標準波形顯示工具，為自動控制(PID)整定提供全域可視化波形比對，顯著提升了自動控制(PID)調(diào)試的速度，為企業(yè)節(jié)省了寶貴的時間資源。

可配置的圖形化調(diào)試工具-Hunter OS DebugTool

可配置的圖形化調(diào)試工具

Hunter OS DebugTool圖形化調(diào)試工具是用戶可自定義的標準化工具，布爾控制、顯示控制和設置控制的每一項功能都是可以自定義，無需再編程。主要用于對控制軟件的多項參數(shù)進行調(diào)試，旨在提升開發(fā)人員在參數(shù)調(diào)試、狀態(tài)監(jiān)控、數(shù)據(jù)記錄等環(huán)節(jié)的效率。

可視化波形調(diào)試工具-Hunter OS Graphic

可視化波形調(diào)試工具

Hunter OS Graphic可視化波形顯示工具是一款標準化的波形顯示工具，通過高速串口能直觀的同時顯示4通道波形，其主要功能是提供實時波形可視化，在調(diào)試PID或者其他復雜邏輯功能時，能夠準確、實時的提供時域波形信息，幫助開發(fā)人員高效配置和調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)。

04選型與支持

N32H474系列MCU共提供10個增強工業(yè)級型號，并實現(xiàn)規(guī)模化量產(chǎn)，品質(zhì)與供應能力獲行業(yè)廣泛認可?？梢月?lián)系國民技術各地線下銷售團隊申請樣品，或通過官網(wǎng)(www.nationstech.com）聯(lián)系銷售客服以及授權代理商。

開發(fā)支持

國民技術提供全棧數(shù)字電源開發(fā)框架，包括構架源碼、工具包、硬件參考設計與相關技術文檔。相關資源將陸續(xù)在國民技術官網(wǎng)開放下載，開發(fā)者可隨時獲取最新資料。

關于國民技術

國民技術股份有限公司（簡稱：國民技術）2000年源于國家“909”集成電路專項工程成立，2010年創(chuàng)業(yè)板上市（股票代碼:300077），是MCU、安全芯片領先企業(yè)和國家高新技術企業(yè)?？偛课挥谏钲?，在北京、上海、武漢、西安、重慶、香港、新加坡、美國奧斯汀、日本東京等地設有分支機構。主營產(chǎn)品包括：MCU、安全芯片、可信計算芯片、電池管理芯片、藍牙芯片、RCC創(chuàng)新產(chǎn)品等，廣泛應用于物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制、電機控制與驅(qū)動、電池及能源管理、汽車電子、智能家居家電、消費電子、智能表計、醫(yī)療電子、安防、生物識別、通訊、傳感器，以及網(wǎng)絡安全認證、電子銀行、電子證照、移動支付與移動安全等應用方向。