罗姆适配 800VDC 20～33kW 级电源单元的全套产品解决方案

　　承接前文，AI 服务器向 + 800V/±400VDC 高压直流架构升级，推动核心部件电源单元(PSU)向更高功率、更高效率、更高功率密度方向发展，对半导体器件的耐压、低损耗、小型化等特性提出严苛要求。罗姆针对 800VDC 20～33kW 级电源单元，打造了覆盖电源侧架与 IT 机架的全套产品解决方案，充分发挥 SiC/GaN/Si 各功率元器件的技术特点，精准匹配 AI 服务器高压架构的供电需求，以下为核心方案详情。

　　适用800VDC 20～30kW级电源单元的解决方案简介

　　*SIM：PLECS®，仅功率元器件，不含电抗器等外围元器件的损耗

　　本方案针对 AI 服务器 800VDC 架构的理想功率转换拓扑设计，核心围绕高效率与高功率密度两大关键指标，为电源侧架、IT 机架不同功率转换环节定制化搭配拓扑结构与元器件，充分发挥 SiC/GaN/Si 的各自技术优势。

　　高效率：各电源模块效率达 99% 以上 *(仅计算功率元器件损耗)*(行业标准值为系统效率 97% 以上)

　　高功率密度：现行 PSU 标准为 100W/in³，而采用 GaN 产品的服务器机架电源可达到 246W/in³

　　AI 服务器供电架构分为电源侧架(Power Source)与服务器机架(IT 机架)，机架母线为 800V DC，经电源侧架、IT 机架功率转换后，输出 50VDC 或 IBV 至计算单元托盘，具体解决方案如下表：

　　注：SIM 基于 PLECS® 仿真，仅计算功率元器件损耗，不含电抗器等外围元器件的损耗

　　电源侧架用的 PFC+DC/DC 模块

　　SIM：PLECS®，仅功率元器件，不含电抗器等外围元器件的损耗

　　通过业界超低 RonA、扩展栅极偏置电压，助力实现更高效率(功率损耗降低 30%)

　　第 5 代 SiC 产品将高温条件下的 RonA(导通电阻)降低约 30%，支持 AI 服务器所要求的在高温环境及高负载工况下的低损耗运行

　　负栅极电压偏置额定值(Vgsn)范围扩大，可支持推荐关断驱动电压 - 5V(Vgsn 直流额定值为 - 7V)的工作条件

　　罗姆的 SiC 开发路线图中，功耗损耗比较(第 4 代 vs 第 5 代)显示，导通损耗与开关损耗(关断损耗)相加的总损耗相比第 4 代减少约 30%，效率 SIM * 最多降低 33%。

　　仿真条件：Vin=800VDC、Vout=800VDC、Pout=33kW、Ta=100°C、Cr=220nF、Lr=7.3µH、Lm=73µH、Fsw=125kHz

　　IT 机架用的 DC 模块

　　SIM：PLECS®，仅功率元器件，不含电抗器等外围元器件的损耗

　　隔离型三相 LLC 拓扑解决方案

　　IT 机架电源用解决方案，确保 AI 处理器、通信、散热空间成为重要课题，需考虑到功率效率和功率密度进行电源系统设计

　　将 800VDC 转换为 50V(IBV)的隔离型 DC-DC 转换器

　　采用三相隔离型 LLC 拓扑

　　一次侧：推荐使用第 4 代 SiC

　　推荐产品 SCT4011KR/KRG/KQ

　　最大额定电压 1200V，ID TBD，导通电阻 11mΩ

　　封装：TO247-4L/TO247HC-4L/QDPAK

　　背景：可实现高速开关(100kHz)的 SiC MOSFET，采用表贴型功率封装器件可实现小型化

　　效率 SIM * 达 99% 以上 (～125kHz)

　　二次侧：推荐使用以下 Si MOSFET

　　推荐产品 RSS7 系列：RS7N200CH

　　最大额定电压 80V，ID 295A，1.43mΩ，DFN5060-8S

　　RSJ2 系列：RJ2N17BCH

　　最大额定电压 80V，ID 450A，0.86mΩ，TOLL-pkg

　　背景：推荐适用于 50V 输出电压的 80V LV Si MOSFET，采用表贴型功率封装器件可实现小型化

　　提升功率效率需采用搭载 SiC 元器件的功率解决方案，利用高耐压和低导通电阻(Ron)优势，有效降低开关损耗。

　　针对高功率密度的 GaN 解决方案

　　搭载高功率密度 GaN 产品的级联隔离型 LLC

　　功率密度：7.8W/cc (129W/in³)，LLC 开关频率 100kHz，尺寸：40mm×91mm×700mm

　　通过将开关频率提升至 500kHz，实现变压器等外围元器件的小型化，通过级联结构分担一次侧和变压器的电流，可提高效率

　　功率密度：15W/cc (246W/in³)，LLC 开关频率 500kHz，尺寸：40mm×55mm×605mm

　　行业标准功率封装产品部署

　　提供行业标准封装产品群，通过与英飞凌合作实现通用设计和稳定供应，并提升表面散热和模块性能。

　　针对不同拓扑电路搭配对应封装模块：

　　Vienna 双向开关电路：DOT-247 共源 2 in 1 × 3pcs

　　PSU 隔离型三相 LLC 一次侧：DOT-247 半桥 2 in 1 × 3pcs

　　HSDIP20 隔离 顶部散热 六合一模块

　　PSU 隔离型三相 LLC 二次侧：DOT-247 半桥 2 in 1 × 6pcs

　　罗姆功率封装产品阵容 * 摘录(开发中，其他封装请另行咨询)，含与英飞凌合作开发的封装及罗姆原创封装，SiC 产品专用模块封装为 DOT-247，封装类型分为插装型与表贴型，具体适配如下：

　　同时罗姆拥有 SiC 产品用的顶部散热平台 TOLT、D-DPAK、Q-DPAK、Q-DPAK Dual、H-DPAK(H=2.3mm)。

　　以上为罗姆针对 800VDC 20～33kW 级电源单元从拓扑设计、核心器件到封装部署的全套解决方案，解决了 AI 服务器高压架构下电源侧架与 IT 机架的功率转换、效率及密度难题。而完整的 AI 服务器供电系统，还需要热插拔控制器(HSC)保障设备插拔过程的安全稳定，后续将为大家详细介绍罗姆 AI 服务器热插拔控制器(HSC)用的全套产品解决方案。