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12kW 800V-50V数据


中心


HV


DC


供电方案，这款方案的核心参数颇具代表性。




满载效率98.2%、峰值效率突破98.6%；功率级尺寸仅60mm×124mm×11mm，变压器、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，初级侧以8颗650V GaN组成级联结构，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，可支撑从百千瓦到兆瓦级机柜的供电升级。




随着


英伟达


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




机架内高压直转的方案，损耗更低、效率更高，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。