合作|SiC市場增長第三極？ST宣布與Compuware共同開發基于SiC的電源解決方案實現高效服務器電源

意法半導體正在與 Compuware Technology Inc. 合作，利用意法半導體的碳化硅 (SiC)、電流隔離和微控制器 (MCU) 技術，開發服務器電源參考設計。該參考設計為數字電源轉換器應用（包括服務器、數據中心和電信電源）提供了無與倫比的電源選項。

Compuware Technology Inc.表示，在人工智能 (AI)、5G 和物聯網 (IoT) 的推動下，數字服務的需求持續增長，控制電力使用是解決數據中心可持續發展難題的重要組成部分。STDES-3KWTLCP 參考設計非常適合 3kW 及更高瓦數的 CRPS（通用冗余電源）服務器電源。這項技術進步帶來了卓越的效率、更快的開關、更少的能量損失和更好的熱管理能力。此外，這一整體系統解決方案還縮短了上市時間。

Compuware 是全球電源領導者，保持著 80 PLUS Titanium 認證數量最多的世界紀錄，確保了無與倫比的電源效率。Compuware 電源解決方案專為卓越而設計，是 HPC、人工智能、深度學習、云和高級應用程序的理想選擇。它具有高功率密度，可在不影響可靠性和效率的情況下優化空間使用，從而在要求苛刻的計算環境中樹立了新的性能標準。

“將 ST 最新的 SiC MOSFET、電流隔離和微控制器技術與 Compuware 領先的電力能源專業知識相結合，有助于 Compuware 釋放我們的設計創造力，開發高密度和高效率的解決方案?，F在，我們可以實現 89W/in 3 的功率密度、小尺寸和高功率輸出，該參考設計是高耗電、高性能計算應用的絕佳選擇。”Compuware 副總裁 Robin Cheng 說道。

“ST的電源與能源能力中心專注于工業市場，為我們的客戶提供采用最先進的ST技術的低功耗、中功耗和高功耗解決方案，而這款參考設計STDES-3KWTLCP可以幫助我們客戶使用意法半導體高效可靠的電源解決方案提高能源效率并縮短上市時間?！币夥ò雽w電源與能源能力中心負責人 Eric Chou 表示。

STDES-3KWTLCP 是一款 3kW AC-DC 轉換器，專為 3kW 電信整流器應用而設計，這些應用需要在整個工作負載范圍和通用電源輸入電壓范圍內實現高效率。

該參考設計為最終緊湊型解決方案提供了一條途徑，功率高達 40 W/in?3，該解決方案高于現有電源，同時提供 96.3% 的高峰值效率、滿負載時低于 5% THD 的低 THD 失真以及更低的功耗。材料清單。

整個系統由兩個功率級組成。第一個是由 STM32G474RBT6 控制的無橋圖騰柱 PFC，第二個是隔離調節級，通過全橋 LLC 網絡實現，具有零電壓開關 (ZVS) PWM 和同步整流，由第二個控制STM32G474RBT6 MCU。

STDES-3KWTLCP 是一個完全組裝的套件，可幫助用戶使用最新的 ST 電源套件器件設計創新拓撲：碳化硅 MOSFET、高壓 MDmesh MOSFET、STripFET MOSFET、STGAP 隔離 FET 驅動器和 VIPer 轉換器。

• 超過98%的高能效，高功率密度，功率因數>0.99，無變壓器設計
  

• 更高的輸出功率：大型數據中心對UPS要求很高，一臺3相輸出的UPS的母線電壓是800 V。模塊化UPS可拓展、高冗余，通過連接多個產品能達到100 kVA更大輸出功率，以應對大型數據中心的需求

• 0切換時間：相較離線式UPS的2到10 ms切換時間，在線式UPS具有0切換時間，以應對各種情況下的緊急問題

• 具有調節輸入電壓和優化輸出電壓的能力，以減少電池的使用頻率，從而增加使用時間，節省成本

• 優秀的散熱能力，減少本身由散熱器帶來的重量和成本，同時有能力在受限的空間里增加額外的功率模塊

為了實現這些特性，需要權衡考慮以下因素：

• 控制總擁有成本(TCO，Total Cost of Ownership)，包括生產成本、運輸安裝和后期維護的成本，以及存放設備的空間成本等。需要去考慮如何減小散熱片、電感和電解電容以及風扇所占的空間和重量。

• UPS的可拓展化，模塊化UPS的一個巨大優勢就是可拓展，當需要增加容量時，只需要添加一個電源模塊，一個模塊尺寸重量較小，即使一個人也可以完成安裝，大大減少了成本。

• 采用在線式UPS，在線式UPS相比其它種類的UPS能夠處理更多輸入電能質量問題，減少電池使用頻率，同時其高頻逆變器能夠輸出高質量高效率的正弦信號為負載供電。

• 拓撲對系統性能和能效的影響，3電平拓撲比2電平拓撲能效更高，在額定功率下，更高能效意味著更小的散熱器和更好的可靠性，最關鍵的是電平數的增加使得電壓輸出更接近正弦波，但復雜的控制算法、更多的器件以及開關管數量增加會導致成本增加，設計人員需要在性能和價格之間權衡取舍。

• 使用SiC作為開關器件。SiC有助于變革性地優化UPS設計，滿足大數據時代UPS小型化、高容量化、高效化的要求。

從目前市面已有的使用第三代半導體的服務器電源來看，主要面向最高3kW左右的數據中心供電，以華為的3000W功率氮化鎵服務器電源為例，就是基于英飛凌的氮化鎵開關管設計的。這是因為隨著OCP 3.0、ORV等公開標準的發布，對高功率密度、有效低成本的熱管理等機架設計提出了要求。

2000V碳化硅MOSFET / 英飛凌

隨著AI服務器對于供電的要求進一步提高，3kW的系統功率也很快會成為過去式。以英偉達最新發布的B200 AI GPU為例，其滿載功耗就達到了1200W，DGX B200這種8 GPU硬件平臺，功耗更是高達14.3kW。

碳化硅由于成本還未降低至與氮化鎵或硅器件同一水平，目前在服務器電源上的應用主要還是在中大功率的模塊化UPS上，這與材料本身的特性不無關系。在帶隙寬度上，氮化鎵和碳化硅的差距并不大，但在擊穿電壓上，碳化硅的1700V擊穿電壓遠大于氮化鎵的650V。

當前來說，在2到4kW的范圍內，基于無橋PFC的設計，氮化鎵和碳化硅都可以滿足服務器電源的需求，且氮化鎵還占據成本優勢。然而在超過4kW以上的功耗時，氮化鎵的高傳導損耗就已經對其散熱設計提出挑戰了。在這個功率范圍的電源效率上，兩者在半載時的效率相近，但在滿載時的效率碳化硅可以做得更高。

隨著各種基于云端的人工智能應用飛速落地，數據中心面臨著巨大的電力挑戰，基于第三代半導體方案的服務器電源不僅解決了高功率供電的問題，也進一步節省了系統成本和電費成本。在碳化硅快速降本節奏的影響下，數據中心電源的需求逐步釋放，或將成為碳化硅器件在除汽車和新型電力系統改革等主流應用外的增長第三極！

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