在數(shù)字化與人工智能時(shí)代，算力的背后是電力的支撐。無(wú)論是日常使用的高性能PC，還是承載AI大模型訓(xùn)練、云計(jì)算的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，其穩(wěn)定、高效運(yùn)行都離不開(kāi)一顆強(qiáng)大的“動(dòng)力心臟”——電源系統(tǒng)。

PC電源是計(jì)算機(jī)主機(jī)的核心供電單元，負(fù)責(zé)將市電轉(zhuǎn)換為硬件所需的穩(wěn)定直流電，并提供多路輸出及多重保護(hù)功能，其穩(wěn)定性直接影響整機(jī)硬件的壽命與可靠性。隨著PC向高性能化、多負(fù)載方向演進(jìn)，電源的性能要求持續(xù)升級(jí)：整機(jī)負(fù)載顯著增大，尤其在游戲運(yùn)行、視頻渲染、專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)等高負(fù)載場(chǎng)景下，對(duì)電源的效率與穩(wěn)定性提出了更高要求。

人工智能與大模型訓(xùn)練的爆發(fā)式增長(zhǎng)，更將AI服務(wù)器的功耗推向新高度。從H100到B300，單顆AI芯片功耗已突破千瓦；整機(jī)柜功率也從傳統(tǒng)的數(shù)十千瓦，向百千瓦級(jí)快速邁進(jìn)。功耗的持續(xù)攀升，對(duì)服務(wù)器電源提出了三大嚴(yán)苛要求：更高效率以降低機(jī)房散熱成本，更高功率密度以突破機(jī)柜空間限制，更高可靠性以保障7×24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。在此背景下，電源轉(zhuǎn)換效率成為制約算力升級(jí)的關(guān)鍵瓶頸，“高效率、高密度、高可靠”已成為服務(wù)器電源的核心設(shè)計(jì)目標(biāo)，也為功率器件的選型與應(yīng)用帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。

高性能PC電源

拓?fù)浼軜?gòu)與器件選型要點(diǎn)

額定功率750W以下，通常采用Boost PFC + 半橋LLC的方案；1000W及以上，則傾向于采用交錯(cuò)式Boost PFC + 全橋LLC的方案，典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖1。

a) Boost PFC + 半橋LLC（≤750W）

b) 交錯(cuò)Boost PFC + 全橋LLC（≥1000W）

圖1 PC電源典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

Boost PFC選型要點(diǎn)

Boost PFC拓?fù)渲?，主開(kāi)關(guān)管選用600V/650V SJ MOSFET，工作于硬開(kāi)關(guān)狀態(tài)，選型的核心是在導(dǎo)通損耗與開(kāi)關(guān)損耗之間實(shí)現(xiàn)最優(yōu)平衡：一方面需具備低導(dǎo)通電阻Rds(on)，以降低穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的導(dǎo)通損耗；另一方面需擁有低柵極電荷Qg與低輸出電容Coss，從而減小開(kāi)關(guān)過(guò)程中的損耗。

續(xù)流二極管則優(yōu)先選用650V SiC JBS，相較于傳統(tǒng)硅基快恢復(fù)二極管，其反向恢復(fù)電荷Qrr極低，可顯著降低CCM下的反向恢復(fù)損耗，同時(shí)具備更高的浪涌電流耐受能力，提升系統(tǒng)可靠性。

LLC諧振變換器選型要點(diǎn)

LLC諧振變換器中，主開(kāi)關(guān)管采用600V/650V SJ MOSFET。正常工況下，器件處于ZVS狀態(tài)，選型側(cè)重于降低導(dǎo)通電阻Rds(on)以減小穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通損耗。但在啟動(dòng)、輸出短路等異常工況下，LLC可能會(huì)發(fā)生硬換相，同樣要求MOSFET具備較小的反向恢復(fù)電荷Qrr、較短的反向恢復(fù)時(shí)間trr，以及優(yōu)異的體二極管反向恢復(fù)魯棒性，避免器件損壞。

服務(wù)器電源

單相PSU拓?fù)渑c結(jié)構(gòu)

單相PSU的功率級(jí)通常由圖騰柱無(wú)橋PFC或Boost PFC與LLC諧振變換器構(gòu)成。輸出側(cè)根據(jù)電壓等級(jí)不同，同步整流方案有所差異：12V輸出系統(tǒng)采用帶中心抽頭的變壓器結(jié)構(gòu)，副邊同步整流選用40V SGT MOSFET；48V輸出系統(tǒng)采用全橋整流結(jié)構(gòu)，副邊同步整流選用80V SGT MOSFET。典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖2。

a) 交錯(cuò)Boost PFC + 全橋LLC

b) 交錯(cuò)圖騰柱PFC + 全橋LLC

圖2 單相PSU典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

PFC級(jí)器件選型要點(diǎn)

Boost PFC的器件選型原則與PC電源基本一致，此處不再展開(kāi)。對(duì)于圖騰柱PFC，低頻橋臂僅在工頻下?lián)Q流，開(kāi)關(guān)損耗相對(duì)較小，因此通常優(yōu)先選用低導(dǎo)通電阻的SJ MOSFET，以降低導(dǎo)通損耗。高頻橋臂則工作于高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，通常選用SiC MOSFET，以充分利用其優(yōu)異的反向恢復(fù)特性、較低的開(kāi)關(guān)損耗等優(yōu)勢(shì)，從而提升高頻工況下的轉(zhuǎn)換效率。此外，SiC材料具備較高的熱導(dǎo)率和更高的允許結(jié)溫，有助于改善散熱設(shè)計(jì)并提升器件在高溫工況下的運(yùn)行能力。

副邊同步整流選型要點(diǎn)

服務(wù)器電源副邊輸出電流高達(dá)上百安培，單顆SGT MOSFET已無(wú)法滿足載流能力要求，因此通常采用多顆器件并聯(lián)以分?jǐn)傠娏?。并?lián)選型需重點(diǎn)關(guān)注以下關(guān)鍵參數(shù)：一是器件需具備極低的導(dǎo)通電阻Rds(on)與柵極電荷Qg，以降低導(dǎo)通損耗和驅(qū)動(dòng)損耗，提升系統(tǒng)效率；二是對(duì)器件一致性要求較高，需對(duì)閾值電壓Vth進(jìn)行嚴(yán)格分檔，避免因電流分配不均引發(fā)熱失效風(fēng)險(xiǎn)。

HVDC高壓直流電源

數(shù)據(jù)中心供電架構(gòu)正從傳統(tǒng)交流配電向800 VDC演進(jìn)。該架構(gòu)具備更高的輸電效率、更低的配電損耗及更優(yōu)的可再生能源接入能力，已成為下一代數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵發(fā)展方向。它既能兼容現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施、實(shí)現(xiàn)平滑過(guò)渡，也為全面部署800 VDC高壓直流系統(tǒng)提供了一條可行的路徑。

在800 VDC輸入場(chǎng)景下，可選的隔離DC/DC方案包括兩相交錯(cuò)LLC、級(jí)聯(lián)LLC等架構(gòu)。前者有利于降低輸出紋波、減小濾波壓力，在直接處理800V直流母線時(shí)，其原邊功率器件通常需具備更高耐壓等級(jí)，典型選型為1200V SiC MOSFET。后者通過(guò)分?jǐn)偲骷蛪簯?yīng)力，為650 V等級(jí)器件的應(yīng)用提供了空間。兩類(lèi)方案各有側(cè)重：前者更適用于高功率密度、低輸出紋波場(chǎng)景，后者則在高壓輸入條件下為器件耐壓分配和系統(tǒng)方案優(yōu)化提供更大的設(shè)計(jì)靈活性。具體方案選擇仍需結(jié)合系統(tǒng)功率等級(jí)、效率目標(biāo)、控制復(fù)雜度、成本及可靠性設(shè)計(jì)綜合權(quán)衡。副邊同步整流通常仍采用低壓SGT MOSFET，其選型原則與服務(wù)器電源副邊一致，此處不再展開(kāi)。

a）兩相交錯(cuò)LLC

b）級(jí)聯(lián)LLC

圖3 HVDC磚塊電源拓?fù)鋱D

上海貝嶺全新一代

功率器件技術(shù)優(yōu)勢(shì)

全新一代SiC MOSFET：

面向高壓高頻應(yīng)用的性能升級(jí)

基于第五代平面柵技術(shù)平臺(tái)，通過(guò)對(duì)溝道區(qū)進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)與周期性勢(shì)場(chǎng)調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)通電阻、開(kāi)關(guān)損耗與閾值漂移的協(xié)同優(yōu)化，確保器件在高溫、高頻工況下具備優(yōu)異的穩(wěn)定性。通過(guò)優(yōu)化柵源電容與柵漏電容比值Cgs/Cgd，增強(qiáng)了柵極抗串?dāng)_能力，有效抑制橋式拓?fù)渲械闹蓖L(fēng)險(xiǎn)。結(jié)合HU3PAK、QDPAK等高功率密度封裝，可進(jìn)一步優(yōu)化散熱路徑與寄生參數(shù)，提升器件在高結(jié)溫、高功率密度工況下的應(yīng)用能力與系統(tǒng)可靠性。

全新一代SGT MOSFET：

面向低壓大電流應(yīng)用的性能升級(jí)

基于成熟的屏蔽柵溝槽技術(shù)，通過(guò)優(yōu)化電場(chǎng)分布與溝槽結(jié)構(gòu)，將特征導(dǎo)通電阻Rsp較上一代降低20%以上。采用高功率密度封裝（如頂部散熱的TOLT、雙邊散熱的DFN系列），在相同體積下實(shí)現(xiàn)更高功率輸出，有效減少器件并聯(lián)數(shù)量。同時(shí)，優(yōu)化的屏蔽柵設(shè)計(jì)顯著降低了柵極電荷Qg與反向恢復(fù)電荷Qrr，有助于改善開(kāi)關(guān)性能并提升系統(tǒng)效率。

上海貝嶺

功率器件選型方案

上海貝嶺為全面滿足不同功率等級(jí)、不同應(yīng)用場(chǎng)景的高性能PC和數(shù)據(jù)中心電源設(shè)計(jì)需求，提供了覆蓋30V~1700V電壓等級(jí)的系列化功率器件解決方案，涵蓋硅基SGT MOSFET、SJ MOSFET、VD MOSFET及先進(jìn)的SiC JBS和SiC MOSFET，旨在為客戶提供精準(zhǔn)、可靠的技術(shù)支持。具體型號(hào)參考下表：

表1 PC電源功率器件選型表

表2 PSU電源功率器件選型表

表3 HVDC高壓直流電源功率器件選型表