简单认识安森美AI数据中心电源解决方案

面对AI算力需求爆发式增长，数据中心电力系统正面临前所未有的挑战。安森美(onsemi)推出的AI数据中心电源解决方案，直击能效、尺寸等痛点，助力客户把握数据中心的市场机遇。

框图——AI数据中心

下方的框图展示了安森美推荐的AI数据中心解决方案。该图详细说明了AI数据中心采用的AC-DC转换与DC-DC配电级。安森美通过整合尖端技术实现协同效应，方案融合了先进的硅基（Si）、碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）功率开关技术，同时集成栅极驱动器、多相控制器及48V控制器、智能功率级（SPS）模块、智能熔丝以及负载点（PoL）降压转换器等多种元器件。该组合方案可显著提升系统能效与功率密度，从而大幅缩减系统尺寸。

参考设计

参考设计——12kW AI云计算电源单元

安森美凭借其业界领先的硅（Si）和碳化硅（SiC）技术，走在推动AI未来发展的前沿，为数据中心提供从电网到 GPU 的一整套电源解决方案（从 3kW 到 25-30kW HVDC）。我们的技术旨在满足AI驱动运算带来的激增电力需求，确保更高的效率和更低的总拥有成本（TCO）。通过专注于优化能源使用和提升功率密度，我们的解决方案不仅结构紧凑，还支持可持续的生态系统。

安森美的12kW电源单元（PSU）参考设计在市场上脱颖而出，凭借卓越的输出功率、先进的技术与高能效，成为现代数据中心的理想解决方案。12kW 的功率输出比竞争对手高出 50%，能够有效满足AI和云计算环境的严苛要求。

12 kW AI 云计算电源单元（PSU）规格

通过集成先进的 M3S MOSFET + SiC JFET 器件，确保了卓越的性能，具备更高的开关频率和更强的热管理能力。其转换效率高达 98%，显著降低了能源成本和冷却需求。

图 1：12 kW AI 云计算电源单元参考设计

图 2：12 kW AI 云计算电源单元原理图

主要特性：

输入电压：VIN= 180 - 305 VAC

输入频率：FIN= 47 - 63 Hz•最大输入电流：IIN= 68 A 

输出电压：VOUT= 50 V

峰值效率：98 %（@ 277 VIN与 50% 负载）

总谐波失真（THD）：≤5% @ 30% 至 100% 输出功率 

保持时间：20 ms @ 满载 

外形尺寸：80 x 42 x 750 mm，功率密度达 75 W/in³

碳化硅 (SiC) 解决方案

碳化硅

安森美的 650V M3S EliteSiC MOSFET 凭借卓越的开关性能和更低的器件电容，实现了更高的效率。这项前沿技术在 ORV3 电源单元（PSU）中实现了高达 97.5% 的峰值效率。

在高速开关频率应用中，凭借业界领先的品质因数（Figure-of-Merit, FoM），在硬开关和软开关应用中均表现出色，在 PFC（功率因数校正）级效率最高可达99.6%。此外，安森美高性能的 SiC 共源共栅（Cascode）JFET 具备高速开关、低导通电阻以及与现有驱动器兼容的优势，成为超大规模数据中心极具吸引力的解决方案，可显著降低系统成本并提供出色的能效。

650V SiC MOSFETNTBL023N065M3S

650V M3S SiC MOSFET 系列专为高速开关应用而优化。其在 18V 栅极驱动下表现最佳，在 15V 电压下也性能出色。TOLL 封装采用开尔文源极（Kelvin Source）配置，减少了寄生源极电感，显著提升了热性能和开关性能。

图 3：用于AI数据中心的 650V M3S SiC MOS 封装

图 4：650V M3S SiC MOSFET FoM 比较

主要特性：

带有开尔文源极配置的TOLL封装 

卓越的品质因数（FOM = RDS(on) * Eoss）

超低栅极电荷（QG(tot)= 69 nC）

高速开关与低电容（Coss= 152 pF）

栅极驱动电压范围为15V至18V 

Typ. RDS(on)= 23 mΩ at Vgs= 18V

典型导通电阻RDS(on) = 23 mΩ(当Vgs= 18V时）

100%雪崩测试合格 

目标应用领域：数据中心、服务器电源、云系统、电信

750V SiC共源共栅JFET

在软开关应用中，实现成本与性能之间的最佳平衡；在高压直流HVDCORing（防止反向输入电流）应用中，实现成本与可靠性之间的最佳平衡，同时保持与超级结 FET（SJ FET）相同的驱动兼容性。

图 5：RDS(on)×面积 比较

主要特性：

沟槽结构，单元间距更小

优化的漂移区设计

更薄的衬底厚度

行业内单位面积最低导通电阻（RDS(on)×面积） 

目标应用领域：AI数据中心电源、电动汽车充电、功率因数校正（PFC）、太阳能逆变器