全GaN还是SiC JFET？数据中心800V IBC路线分歧

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）最近英诺赛科推出了一款全GaN的数据12kW 800V-50V数据中心HVDC供电方案，这款方案的中心核心参数颇具代表性。

满载效率98.2%、分歧峰值效率突破98.6%；功率级尺寸仅60mm×124mm×11mm，数据变压器、中心电感等磁性无源器件体积大幅缩小；拓扑上采用All-GaN LLC架构，分歧初级侧以8颗650V GaN组成级联结构，数据次级侧用32颗100V GaN做同步整流；并且以12kW标准化功率单元灵活堆叠，中心可支撑从百千瓦到兆瓦级机柜的分歧供电升级。

随着英伟达在今年加速推动800V DC在数据中心内落地，数据今年多家功率半导体大厂都推出了相关产品，中心其中机架内部800V降压转换的分歧部分受到不小关注。

机架内高压直转的数据方案，损耗更低、中心效率更高，分歧但需要更高功率密度的高效DC-DC转换器，因此GaN在这类应用中，目前几乎成为了主流选择。

比如TI在今年慕展上展出的800V转12V方案中，采用了全GaN设计，高压侧采用650V GaN，低压侧用到40V GaN。另外在其转换比更激进的800V转6V方案中，采用三电平PFC拓扑，高压侧650V GaN，低压侧用到20V硅MOS，模块化功率级搭配顶部冷板液冷。

英飞凌也在其±400V转50V 6kW半砖HV IBC中，采用了全链路CoolGaN搭配专属数字控制器，峰值效率高达98.5%。

不过也有采用多种器件的方案，英飞凌在12kW/50V单相输入AI服务器PSU中，融合了硅、CoolSiC碳化硅、CoolGaN氮化镓三类器件，峰值效率97.5%。由于这类机架内的转换器有热插拔的维护需求，热插拔电路必须在微秒级时间内处理大幅电流浪涌，精准控制变得至关重要。

其中管控浪涌电流上升斜率是核心，这能避免机柜设备损坏，同时保障技术人员安全。此外，系统还需协调时序、检测过流或欠压事件，并在必要时实现平稳关机。因此为了在热插拔过程中对转换板器件进行保护，需要高耐压的SiC MOSFET。

比如ST在白皮书中展示的12kW方案同样瞄准800V-50V，采用1MHz DCX 16:1堆叠LLC谐振转换器：两个LLC各由400V供电（800V母线一半），输入串联、输出并联，降低主开关电压应力与次级电流应力。

ST这套方案中，主侧采用650V GaN HEMT堆叠半桥（SGT023R70FTP，700V/18mΩ），次级为100V GaN（SGT1D5R10MEA，1.1mΩ）同步整流，另用1200V SiC MOSFET实现热插拔保护，STGAP硅基隔离保障信号安全。

安森美则选择了SiC JFET的路线，在慕展上他们展出了基于1.2kV SiC Cascode JFET的800V高压IBC量产级方案，这也是业内首款将SiC级联JFET用于800V高频IBC的产品，明确跳出单一依赖GaN的路线。

其选择SiC JFET的逻辑是，SiC JFET支持700kHz以上开关频率，凭借极低的输出电容Coss(tr)优化软开关FOM（Rdson×Coss(tr)）；无栅氧化层结构规避栅极失效风险，长期可靠性优于GaN；栅压9~15V、驱动特性对标传统硅MOS，无需GaN必备的负压关断电路，且兼容通用低成本驱动器。在12kW、750kHz仿真平台上，LLC拓扑下SiC Cascode JFET、GaN HEMT、SiC MOSFET三者整机损耗接近，但JFET在驱动简易性、BOM成本、可靠性上综合占优；配合三相LLC架构还可降低电流有效值、减少器件用量。

小结：

值得注意的是，800V架构的放量与英伟达新一代高功率机架平台的落地节奏深度绑定，当前各家方案大多处于参考设计、展示板或仿真验证阶段。但从各家功率厂商的方案来看，当前在800V架构的电源转换领域中，已从单纯的卖器件走向卖方案，开始进入系统级竞争的牌桌。

最新评论