> **来源：[研报客](https://pc.yanbaoke.cn)** # 英飞凌 CoolSiC™ 和 CoolGaN™ 在 AI 服务器 PSU 架构演进中的应用总结 ## 核心内容 本文探讨了随着 AI 应用的快速发展，数据中心服务器机架和电源系统（PSU）的架构演进趋势，以及英飞凌 CoolSiC™ 和 CoolGaN™ 宽禁带半导体技术在实现更高功率密度和能效方面的价值。文章分析了从第一代到第二代 PSU 架构的演进路径，并提供了相应的器件选型建议和电路拓扑设计。 --- ## 主要观点 1. **AI 服务器功率需求激增** - 随着 AI 应用的发展，单机架功率从 12 kW 提升至 30 kW，甚至未来将达到 600 kW - 1.3 MW。 - 传统单相 PSU 架构无法满足日益增长的功率需求，促使数据中心采用三相高压直流（HVDC）架构。 2. **架构演进路径** - **第一代架构**：采用单相输入，输出为 50 V 直流，每个 PSU 模块功率为 5.5 - 12 kW，通过集成多个 PSU 模块提升单机架总功率。 - **第二代架构**：引入电源侧柜（Power Sidecar），采用三相输入（400-480 V AC）和 HVDC 输出（±400 V / 800 V DC），单个 PSU 模块功率可达 18-30 kW，实现更高功率密度和效率。 3. **技术演进需求** - 为了满足 AI 负载的高动态功率需求，PSU 必须具备更高的开关频率和更低的开关损耗。 - 需要优化电路拓扑以适应不同功率等级和电压需求，同时兼顾系统成本和效率。 --- ## 关键信息 ### 第一代 AI PSU（单相输入，50 V 输出） - **功率范围**：5.5 kW - 12 kW - **输入电压**：230 - 277 V AC，单相 - **输出电压**：50 V DC - **PFC 级**： - 采用两电平图腾柱拓扑或三电平飞跨电容图腾柱（3-L FCTP PFC） - 快管使用 650 V CoolSiC™ MOSFET，慢管使用 600 V CoolMOS™ MOSFET - 三电平方案使用 400 V CoolSiC™ MOSFET，可实现更高效率和功率密度 - **DC-DC 级**： - LLC 拓扑可采用半桥、全桥或三相 LLC - 次级侧使用 80 V OptiMOS™ 或 CoolGaN™ 晶体管 - 可实现 99.15% 以上的满载效率，峰值效率可达 99.35% ### 第二代 AI PSU（三相输入，HVDC 输出） - **功率范围**：18 kW - 30 kW - **输入电压**：400 - 480 V AC，三相 - **输出电压**：±400 V / 800 V DC - **PFC 级**： - 采用维也纳整流器或 T 型拓扑 - 输入桥臂使用 1.2 kV CoolSiC™ MOSFET/二极管 - 可选用 650 V CoolGaN™ 双向开关（BDS）替代背靠背结构，提升效率 - **DC-DC 级**： - LLC 拓扑可配置为交错并联或级联形式 - 原边开关使用 650 V 或 1200 V CoolSiC™ MOSFET - 副边同步整流使用 650 V CoolSiC™ 或 CoolGaN™ MOSFET - 可实现超高能效（PFC 和 LLC 级的损耗显著降低） --- ## 器件技术选型建议 - **CoolGaN™**： - 用于 DC-DC 级的高频 LLC 拓扑，支持动态峰值功率瞬态响应 - 具有更低的开关损耗和更优的优值（FoM），可实现更高功率密度 - 适用于 650 V 双向开关（BDS）设计，减少器件数量并优化性能 - **CoolSiC™ MOSFET**： - 400 V 型用于三电平飞跨电容图腾柱 PFC，实现更高效率 - 650 V 和 1200 V 型用于三相 HVDC PSU 的 PFC 和 DC-DC 级，支持高电压和大电流应用 - 具有更优的导通电阻 - 结温特性，有助于降低系统损耗并提高稳定性 --- ## 结论 - 随着 AI 服务器功率需求的持续增长，数据中心架构正从单相 PSU 向三相 HVDC 架构演进。 - 宽禁带半导体技术（如 CoolSiC™ 和 CoolGaN™）在提升 PSU 能效、功率密度和动态响应方面展现出显著优势。 - 英飞凌凭借其在硅、碳化硅和氮化镓技术上的全面布局，能够为当前及未来 AI 服务器 PSU 提供最优的混合技术方案，实现效率、功率密度与成本之间的最佳平衡。 --- ## 参考文献 - [1] 英飞凌科技股份公司：《“英”领AI》，线上媒体简报 - [2] 英飞凌科技股份公司：《宽禁带半导体（SiC/GaN）》，在线获取 - [3] 英飞凌科技股份公司：《氮化镓晶体管（GaN HEMT）》，在线获取 - [4] 英飞凌科技股份公司：《650 V CoolGaN™ G5 双向开关：原理和设计考量》，在线获取 - [5] 英飞凌科技股份公司：《SiC MOSFET 分立器件》，在线获取 - [6] 英飞凌科技股份公司：《面向 AI 数据中心及服务器的 8 kW 高功率密度高频率 PSU》，在线获取 - [7] 英飞凌科技股份公司：《适用于服务器和数据中心应用的 3.3 kW 高频率高密度 PSU（搭载三电平飞跨电容 PFC）》，REF\_3K3W\_3LFC\_PS，AN102653 - [8] 英飞凌科技股份公司：《服务器和数据中心 3 kW/50 V PSU 工程报告》，在线获取 - [9] 英飞凌科技股份公司：《采用 650 V CoolSiC™ 和 XMC™ 的 3,300W CCM 双向图腾柱》，应用笔记 - [10] 英飞凌科技股份公司：《适用于服务器和数据中心应用的 3.3 kW 高频率高密度 PSU》，在线获取 - [11] 英飞凌科技股份公司：《演进中的电源和机架架构：适配 AI 服务器需求》，应用笔记 - [12] 英飞凌科技股份公司：《CoolGaN™ 图腾柱 PFC 设计指南和功耗建模》，应用笔记 - [13] 开放计算项目基金会：《ORv3-HPR 标准》，在线获取 - [14] 英飞凌科技股份公司：《英飞凌率先推出全球首款 300 mm 功率氮化镓技术：引领行业变革》，在线获取 - [15] 英飞凌科技股份公司：《AI PSU 解决方案》，在线获取