国民技术发布面向AI数据中心的3 kW数字电源参考设计方案

电子发烧友网
2025-07-09 07:00:00

在人工智能（AI）算力爆发式增长与全球能源结构转型的双重驱动下，电力供给体系正经历从”粗放式”到”智能化”的范式变革。AI数据中心的单机功耗已突破15kW，根据Uptime Institute 2024报告记录，电力消耗已占AI数据中心运营成本的60%以上，AI电源是驱动瓦特向比特转化的智能神经中枢，通过极致能效比与动态调度实现“每度电产出最大有效算力”的价值跃迁。

作为国内领先的平台型MCU芯片设计公司，国民技术围绕数字能源领域进行产品布局，自2024年推出N32H474数字电源专用MCU芯片以来，在开发生态上持续投入，目前已构建起涵盖芯片、电源硬件、控制算法、实时操作系统及配套工具全栈垂直整合生态，实现了软硬协同的实时精准控制与极致能效转化。

7月8日，国民技术正式发布AI数据中心数字电源参考设计方案——高性能单芯片3 kW数字电源方案NS3KW53V5P2L3，该方案以其卓越的集成度和能效表现，助力客户快速构建高效、智能、可靠的电源系统。帮助开发者快速应对AI算力与新能源领域的关键电源挑战，为电力电子技术迈向数字化、智能化提供核心支撑。

高性能单芯片3 kW数字电源参考方案—NS3KW53V5P2L3

NS3KW53V5P2L3是国民技术面向数字电源行业推出的参考设计方案，尤其适用于AI数据中心电源、户外一体化电源等数字电源。该方案以单颗N32H474作为数字主控核心，基于自研Hunter OS实时操作系统开发生态链打造，整机峰值效率≥97.7%，达到业内领先水平。

该方案采用前级两相交错无桥图腾PFC，后级三相交错Y-Y型LLC架构，该架构能够灵活应用各种功率器件，在SiC、GaN等新器件的加持下，能够深度优化性价比，方案构架示意图如下：

3 kW数字电源方案框图

NS3KW53V5P2L3核心架构采用基于SiC器件的两相交错图腾柱PFC前端与基于SiC器件的三相交错LLC DC/DC隔离后端，整个前后级采用一颗N32H474芯片，负责两级功率变换的控制算法、保护逻辑及与上位机通信实现了卓越的综合性能。

方案核心优势：

■ 超高的转换效率：整机峰值效率≥97.7%，50%~100%负载下PF >0.99。

■ 优异的电气性能：采用CCM两相交错图腾柱PFC降低输入电流纹波和THD (<5.0% @100%负载), 三相交错式半桥LLC实现高效率、低输出纹波和快速动态负载响应。

■ 完备的保护功能：具备过温、输出过流/过压、输入过欠压等保护机制，并通过交错式设计减小输出母线电容需求，提升系统寿命。

■ 便捷的开发生态：基于自研Hunter OS生态，集成上位机可视化工具，实现参数在线配置、波形分析和一站式保护策略管理，显著提升系统智能化和调试效率。

电源方案核心指标：

100%负载下的输入电流波形

30%负载下的输入电流波形

不同负载下的电源效率

高精度数字电源专用主控芯片

—N32H474

N32H474是国民技术推出的专用于数字电源领域的主控芯片，该芯片基于ARM Cortex-M4F内核设计，最高工作主频 240MHz，支持浮点运算和 DSP 指令，提升了数据处理速度和复杂运算能力，其125ps分辨率的SHRTIM和4个独立12bit 4.7MSPS的ADC，可满足多种复杂拓扑结构，灵活配置PWM。

N32H474数字电源应用关键资源：

■ 高性能，实时控制电源性能

— 240 MHz@Arm-Cortex-M4F，性能达300DMIPS。

— 内置硬件数学函数加速器Cordic，支持整点和浮点运算。

■ 高集成度模拟器件，简化硬件设计

— 4x 12-bit 4.7Msps ADC，最多支持51个通道。

— 8x 12-bit DAC。

— 7x CMP，任意比较器输出可内部连接到任意一个Fault或EEV输入。

■ 高精度定时器，为数字电源提供了保障

— 1x 16-bit SHRTIM，12x PWM(125ps),相位可调，10个外部输入事件，可任意I/O映射。

— 3x 16-bit ATIM，每一路ATIM支持6个独立通道，其中4个通道支持4对互补PWM输出。

■ 丰富且可任意配置的外设接口，支持多节点同步控制

— 8x U(S)ART，其中3个UART支持任意I/O映射，硬件级485使能驱动。

— 3x CAN-FD ，支持任意I/O映射。

N32H474系列MCU主要资源

便捷的数字电源

开发生态

国民技术提供自主研发的主控MCU芯片、电源硬件、控制算法、实时操作系统及配套工具全栈开发生态，在行业内率先形成高度抽象的标准化开发框架（标准化开发框架包含数字控制软件框架与上位机调试工具）。这一创新开发生态可显著提高数字电源开发效率，帮助用户快速响应AI与新能源市场的多样化需求。

NS3KW53V5P2L3设计方案控制软件基于自研Hunter OS框架进行软件开发，Hunter OS操作系统是一款基于时间片轮询非枪占式硬实时控制操作系统。基于硬件中断进行调度，具备非常高的可靠性，专为实时控制设计。

数字控制软件架构

数字控制软件架构由4层架构组成，分别为驱动层(BSW)、运行时环境层(RTE)、应用算法层(APP)和上位机工具链层(DebugTool)

四层架构，满足各种标准的认证

工具链

国民技术提供的专业开发工具链包含可配置的图形化调试工具Hunter OS DebugTool以及可视化波形调试工具Huntor OS Graphic等系列工具。

系列工具具备以下优点：

■ 创新性的为数字控制的框架进行了高度抽象，大大简化了软件的编写难度。

■ 突破性的给实时控制软件提供了图形化参数调试界面，彻底的丢弃传统使用编程器调试软件的方法。

■ 首次为自动控制(PID)参数整定提供了标准波形显示工具，为自动控制(PID)整定提供全域可视化波形比对，显著提升了自动控制(PID)调试的速度，为企业节省了宝贵的时间资源。

可配置的图形化调试工具-Hunter OS DebugTool

可配置的图形化调试工具

Hunter OS DebugTool图形化调试工具是用户可自定义的标准化工具，布尔控制、显示控制和设置控制的每一项功能都是可以自定义，无需再编程。主要用于对控制软件的多项参数进行调试，旨在提升开发人员在参数调试、状态监控、数据记录等环节的效率。

可视化波形调试工具-Hunter OS Graphic

可视化波形调试工具

Hunter OS Graphic可视化波形显示工具是一款标准化的波形显示工具，通过高速串口能直观的同时显示4通道波形，其主要功能是提供实时波形可视化，在调试PID或者其他复杂逻辑功能时，能够准确、实时的提供时域波形信息，帮助开发人员高效配置和调整系统参数。

选型与支持

N32H474系列MCU共提供10个增强工业级型号，并实现规模化量产，品质与供应能力获行业广泛认可。可以联系国民技术各地线下销售团队申请样品，或通过官网(www.nationstech.com）联系销售客服以及授权代理商。

开发支持

国民技术提供全栈数字电源开发框架，包括构架源码、工具包、硬件参考设计与相关技术文档。相关资源将陆续在国民技术官网（www.nationstech.com）开放下载，开发者可随时获取最新资料。

为保障开发效率，国民技术提供灵活的线上线下支持：

➢ 线上交流：

MCU技术论坛：与工程师社区互动，分享经验。

官方QQ群（群号：710838632）：实时技术答疑与更新通知。

➢ 线下支持：联系各地销售团队，获取定制化技术方案与现场服务。

国民技术以“硬核产品+开放生态+专业支持”助力开发者快速实现数字电源产品落地。

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关于国民技术

国民技术股份有限公司（简称：国民技术）2000年源于国家“909”集成电路专项工程成立，2010年创业板上市（股票代码:300077），是MCU、安全芯片领先企业和国家高新技术企业。总部位于深圳，在北京、上海、武汉、西安、重庆、香港、新加坡、美国奥斯汀、日本东京等地设有分支机构。主营产品包括：MCU、安全芯片、可信计算芯片、电池管理芯片、蓝牙芯片、RCC创新产品等，广泛应用于物联网、工业控制、电机控制与驱动、电池及能源管理、汽车电子、智能家居家电、消费电子、智能表计、医疗电子、安防、生物识别、通讯、传感器，以及网络安全认证、电子银行、电子证照、移动支付与移动安全等应用方向。