派恩杰SiC器件在数据中心中的应用

从传统互联网数据中心(IDC)到人工智能数据中心(AIDC)的演进，本质上是一场能源效率与算力密度的极限竞赛。AI算力的爆发正将数据中心推向“电力极限”。当前国内IDC普遍采用的基于UPS的2N架构虽能通过双电源冗余保障可靠性(正常运行时每路负载率50%，故障时另一路承担100%负荷)，但设备配置多、转换级数多从而导致效率较低。另一方面，在AI服务器单机柜功耗攀升至200kW以上的需求面前，基于OCP的50V机柜总线结构，正面临GPU功耗剧增与机柜空间限制的双重挑战。这种需求驱动着从电网侧到GPU供电架构的“效率革命”，而碳化硅器件的全面渗透，将让AI算力的每一度电都发挥出最大价值。

SiC器件在IDC数据中心中的应用

当前国内主流的数据中心采用2N双母线供电架构，其核心设计是通过两套独立UPS系统实现容错——正常运行时每路承载50%负载，故障时无缝切换至另一路。在标准IDC供配电架构中，碳化硅(SiC)器件正从边缘应用走向核心场景，派恩杰SiC MOSFET凭借高可靠性与成本控制能力，已在UPS和服务器电源两大领域形成差异化竞争力。尽管UPS的复合增长率相对较低，但其庞大的存量市场(2024年全球UPS市场规模达127亿美元)与能效升级需求，正推动SiC器件从"可选技术"变为"必选配置"。在传统IDC数据中心中，派恩杰SiC MOSFET主要应用于：

01 UPS不间断电源

传统UPS采用硅基MOSFET的"整流-逆变"双变换拓扑，随着SiC MOSFET价格逐步下行, 主流UPS厂家已开始在新产品开发中逐步导入(更高效率，更高功率密度，减少占地面积等)，受成本因素制约，1200V/750V/650V 分立器件仍是模块化UPS首选。

(IDC数据中心UPS高效率拓扑架构)

(注：图中蓝色器件适用于SiC MOSFET或SiC Diode)

02 通用服务器电源(CRPSM-CRPS)

服务器电源(PSU)是IDC中数量最庞大的电源设备，基于Si MOSFET的"PFC+LLC谐振"拓扑是其最为常见的电源方案。CRPS(Common Redundant Power Supply)电源的机壳尺寸限制(40mmx73.5mmx185mm)，80PLUS钛金级效率要求(甚至更高的红宝石级)，以及服务器CPU迭代导致的系统功率增加，这些因素驱使电源厂家在通用服务器电源中也开始采用SiC方案。派恩杰750V/650V SiC MOSFET分立器件具有丰富的封装形式(如TO-247-4, TO-263-7L, TOLL/TOLT, PQPAK等)，客户可根据需求灵活运用于PFC及LLC设计中：

 

 

SiC MOSFET凭借其更高的电压功率容量、优异的体二极管与雪崩耐量、优异的导热性和电流冲击耐受性，以及成熟的驱动兼容性，在中高压、高可靠性功率应用领域确立了核心优势。另外，派恩杰TO-263-7L，TOLL/TOLT及PQPAK封装的SiC MOSFET通过增加源极引脚数量，将键合线电感实现降低，有效抑制开关过程中的电压尖峰，使电源模块的可靠性测试(MTBF)较硅基方案显著提升。这种"车规可靠性+IDC适用性"的复合优势，在各领域服务器厂商的测试中脱颖而出。

标准IDC的SiC渗透路径清晰展现了技术迭代的商业逻辑：不是追求激进的性能突破，而是通过"效率边际改善×庞大存量基数"创造商业价值。当每瓦效率提升带来的年节电收益能覆盖器件成本增量时，SiC在标准IDC中的普及将进入加速期。

AIDC数据中心配电架构的演进

由Nvidia白皮书“800VDC Architecture for Next-Generation AI Infrastructure”可知，随着GPU架构迭代，AI服务器机柜功率在2028年即会达到1MW级别。目前GB200/GB300基本遵循OCP的ORV3(Open Rack V3)标准，即50V Busbar架构，此架构将AI 服务器，电源Power Shelf及电池BBU Shelf统一安装于AI机柜上。

另由白皮书可知，AIDC的演进基本分为三个阶段：

延续50V Busbar架构，将Power Shelf的功率逐步提高到设计极限

独立800V电源柜架构(Power Rack)，将电源从AI机柜中移出，通过独立电源机架为AI机柜供电

固态变压器(SST)架构，即通过SST输出直流800V，并通过800VDC Busway配送至AI机柜(注：白皮书中提及的MV Rectifier即巴拿马改进方案也为可选方案之一，如中恒电气已发布相关产品)

对比传统UPS方案，SST方案可显著节省电力路径的转换级数，从而提高整个AIDC的效率与PUE。

SiC器件在AIDC中的应用 AIDC现阶段：50VDC Busbar

由上所述，目前AIDC数据中心采用的是OCP的Open Rack V3(ORV3 HPR)架构：即IT Rack为50V电源总线(Bus Bar)，电源框及电池、超级电容等都安装于IT Rack上，电源输入仍为单相交流电，后续也会支持三相输入。

PFC与DC-DC 拓扑：

 

(注：拓扑中蓝色表示适用于SiC MOSFET)

800VDC Power Rack阶段

PFC与DC-DC 拓扑：

 

(拓扑中蓝色器件适用于SiC MOSFET)

由电源机柜(Power Rack)引出800Vdc并接入到AI服务器机柜中，在AI机柜中，目前有两种路径进行降压转换：

在AI机柜中安装800Vdc-50Vdc电源框，机柜仍然沿用50V Busbar

在AI服务器中安装冗余并联800Vdc-50Vdc电源模块(半砖、全砖方式)

固态变压器SST阶段

PNJ创始人黄兴博士，在北卡读博期间已从SiC器件级到应用端，对SST进行了深入的研究：

模块化ISOP结构

N+1或N+2 冗余

隔离开关用于维护及故障模块替换安全操作

单个模块功率：40kW-100kW

根据中压MV范围与串联级数，1200V-1700V SiC MOSFET是目前最佳选择

Efficiency: 98+%(基于SiC)

(SST系统ISOP拓扑)

SST基本电路拓扑：

SiC器件在AIDC保护开关中的应用 固态断路器SSCB

相较于机电断路器：

基于SiC MOSFET/JFET的固态断路器具有微秒级断开速度

无拉弧现象

无粘连隐患

电子保险丝 eFuse

eFuse 主要功能：

输入浪涌电流控制(Inrush Limit)

输入过流及短路保护(Overcurrent/Short Protection)

输入过压保护

过热保护

800VDC电源模块输出Oring FETS

主要用于：

Power Rack 800Vdc 模块输出侧并联

反向电流电流保护

故障隔离

 

从IDC到AIDC的供电革命中，效率与密度正成为决定性指标。SiC MOSFET凭借其优越的导通与开关特性，以及优异的热传导与抗浪涌能力，正在重构数据中心电力传输与转换链路，是现代高效率数据中心高效率必不可少的功率器件。机构预测SiC MOSFET以30%的复合增长率向IDC与AIDC渗透，随着SiC MOSFET的生产工艺改善、市场接受度的提高，其价格也会非常具有竞争力。

派恩杰作为国内SiC产业化先行者，1200V平面栅SiC MOSFET已批量应用于高压直流系统，助力客户在不同应用场景架构下，实现SiC MOSFET在各种电路拓扑中的效率最大化。凭借“高可靠性技术+全面产品目录”，在快速增长的第三代半导体市场中，派恩杰正在用实际部署案例证明：SiC不仅是技术选择，更已成为AIDC供电革命的经济性选择。

派恩杰半导体

成立于2018年9月，是国内领先的第三代半导体功率器件设计与解决方案提供商。作为国际标准委员会 JC-70 成员单位之一，我们深度参与宽禁带半导体功率器件国际标准制定。

公司已量产超过百款 650V / 1200V / 1700V SiC SBD 与 SiC MOSFET 产品，GaN HEMT 系列同步布局。其中，SiC MOSFET 芯片已大规模导入新能源乘用车及Tier-1动力平台。

我们的器件广泛应用于数据中心、AI计算、5G基站、储能与充电桩、轨道交通、高端家电与航空航天等高要求场景，以高效率、高可靠性和高能量密度，助力全球能源转型。