英飞凌杯 - 先进电源变化技术竞赛

赛道组织机构

主办单位：中国电源学会、中国电源学会科技竞赛工作委员会
承办单位：西南交通大学
冠名合作伙伴：英飞凌科技（中国）有限公司
联合合作伙伴：湖南艾华集团股份有限公司、深圳麦科信科技有限公司

竞赛题目及要求

◆ 竞赛题目：HVDC数据中心高效高密度宽输入DC/DC变换器设计

随着人工智能（AI）的飞速发展，新一代AI芯片，尤其是用于训练大模型的GPU和TPU，功耗巨大，且AI算法的复杂性导致芯片的功耗呈现出高度的动态性，瞬时功率变化极大，对AI芯片的电源功率密度及快速响应能力提出了新的挑战。本题目面向AI芯片新一代高压直流（HVDC）电源，设计一种兼容400V和800V的宽输入DC-DC变换器，实现宽输入电压范围下的恒压12V输出。鼓励采用创新、简洁和功能完备的电路拓扑，完成高效、高功率密度和低成本的样机设计和测试。

◆ 参赛设计技术要求

1. 参赛设计至少包含附件英飞凌推荐的新型宽禁带器件列表中的一款高压器件和一款低压器件。
2. 不限定功率变换器拓扑，开关频率大于100kHz；
3. 低成本设计，主板结构不超过4层板；
4. 在室温环境温度下持续工作10分钟（风冷）。

◆ 具体参数指标

1. 输入电压Vin：兼容400±5%Vdc、800±V5%Vdc
2. 输出电压Vo：12Vdc (Vo精度: ±0.1V)
3. 输出功率Po：480W
4. 输出电压纹波Vo, p-p：≤100mV（满载，示波器设置20MHz测量带宽）
5. 负载瞬态响应：10A↔40A@ di/dt=2A/μs，输出电压在 100μs 内恢复到±100mV 的稳定范围；电压过冲/ 跌落≤600mV。
6. 输入400V和800V的转换效率ŋ： >91%@10A, >97%@20A, >96%@ 40A(运行稳定后测试效率)
7. 是否隔离：隔离
8. 功率密度：不低于9W/cm3（包含散热器尺寸）
9. 控制实现方式：模拟数字均可。

◆ 测试要求

1. 输出电压精度和纹波测试

目标：验证变换器在400±5%Vdc、800V±5%Vdc条件下的输出电压精度与纹波
测试条件：
— 负载电流：40A
— 示波器设置：20MHz测量带宽，纹波采用AC耦合、电压精度采用DC耦合
测试步骤：
（1）设置输入电压分别为380Vdc，400Vdc，420Vdc，测试在每个输入电压点输出电压精度与纹波是否达到相应要求
（2）设置输入电压分别为760Vdc，800Vdc，840Vdc，测试在每个输入电压点输出电压精度与纹波是否达到相应要求
验收标准：
— 纹波峰峰值（mVp-p）：≤100mVp-p
— 输出电压精度：≤±0.1V

2. 负载瞬态响应测试

目标：验证变换器负载突变时输出电压的动态响应能力
测试条件：
— 示波器设置：20MHz测量带宽，纹波采用AC耦合
测试步骤：
（1）设置输入电压400Vdc，负载由10A以斜率2A/μs升为40A，记录输出电压的动态响应波形；再由40A以斜率2A/μs降为10A，记录输出电压的动态响应波形
（2）设置输入电压800Vdc，负载由10A以斜率2A/μs升为40A，记录输出电压的动态响应波形；再由40A以斜率2A/μs降为10A，记录输出电压的动态响应波形
验收标准：
输出电压在100μs内恢复到±100mV的稳定范围，电压过冲/跌落≤600mV

3. 转换效率测试

目标：验证变换器的转换效率是否满足设计要求
测试条件：
— 测试时间：变换器运行稳定后开始记录效率(含辅助电源)
— 测试设备：功率分析仪
测试步骤：
（1）设置输入电压400Vdc，负载分别为10A、20A、40A，记录功率分析仪的测试效率
（2）设置输入电压800Vdc，负载分别为10A、20A、40A，记录功率分析仪的测试效率
验收标准：
Vin=400V，800V：>91%@10A, >97%@20A, >96%@ 40A

4. 持续工作稳定性测试

目标：验证变换器在室温下的持续工作能力
测试条件：
— 环境温度：25℃，风冷（见后期测试大纲）
— 输入电压：400Vdc
— 输出电压：12Vdc
— 输出电流：40A
— 测试时间：10分钟
测试步骤：
（1）在室温环境温度条件下，启动变换器并稳定工作10分钟
（2）记录变换器的输出电压、电流以及温升情况
验收标准：
变换器在10分钟内工作稳定，无过热、保护触发、异常或故障