合作|SiC市场增长第三极？ST宣布与Compuware共同开发基于SiC的电源解决方案实现高效服务器电源

意法半导体正在与 Compuware Technology Inc. 合作，利用意法半导体的碳化硅 (SiC)、电流隔离和微控制器 (MCU) 技术，开发服务器电源参考设计。该参考设计为数字电源转换器应用（包括服务器、数据中心和电信电源）提供了无与伦比的电源选项。

Compuware Technology Inc.表示，在人工智能 (AI)、5G 和物联网 (IoT) 的推动下，数字服务的需求持续增长，控制电力使用是解决数据中心可持续发展难题的重要组成部分。STDES-3KWTLCP 参考设计非常适合 3kW 及更高瓦数的 CRPS（通用冗余电源）服务器电源。这项技术进步带来了卓越的效率、更快的开关、更少的能量损失和更好的热管理能力。此外，这一整体系统解决方案还缩短了上市时间。

Compuware 是全球电源领导者，保持着 80 PLUS Titanium 认证数量最多的世界纪录，确保了无与伦比的电源效率。Compuware 电源解决方案专为卓越而设计，是 HPC、人工智能、深度学习、云和高级应用程序的理想选择。它具有高功率密度，可在不影响可靠性和效率的情况下优化空间使用，从而在要求苛刻的计算环境中树立了新的性能标准。

“将 ST 最新的 SiC MOSFET、电流隔离和微控制器技术与 Compuware 领先的电力能源专业知识相结合，有助于 Compuware 释放我们的设计创造力，开发高密度和高效率的解决方案。现在，我们可以实现 89W/in 3 的功率密度、小尺寸和高功率输出，该参考设计是高耗电、高性能计算应用的绝佳选择。”Compuware 副总裁 Robin Cheng 说道。

“ST的电源与能源能力中心专注于工业市场，为我们的客户提供采用最先进的ST技术的低功耗、中功耗和高功耗解决方案，而这款参考设计STDES-3KWTLCP可以帮助我们客户使用意法半导体高效可靠的电源解决方案提高能源效率并缩短上市时间。”意法半导体电源与能源能力中心负责人 Eric Chou 表示。

STDES-3KWTLCP 是一款 3kW AC-DC 转换器，专为 3kW 电信整流器应用而设计，这些应用需要在整个工作负载范围和通用电源输入电压范围内实现高效率。

该参考设计为最终紧凑型解决方案提供了一条途径，功率高达 40 W/in 3，该解决方案高于现有电源，同时提供 96.3% 的高峰值效率、满负载时低于 5% THD 的低 THD 失真以及更低的功耗。材料清单。

整个系统由两个功率级组成。第一个是由 STM32G474RBT6 控制的无桥图腾柱 PFC，第二个是隔离调节级，通过全桥 LLC 网络实现，具有零电压开关 (ZVS) PWM 和同步整流，由第二个控制STM32G474RBT6 MCU。

STDES-3KWTLCP 是一个完全组装的套件，可帮助用户使用最新的 ST 电源套件器件设计创新拓扑：碳化硅 MOSFET、高压 MDmesh MOSFET、STripFET MOSFET、STGAP 隔离 FET 驱动器和 VIPer 转换器。

• 超过98%的高能效，高功率密度，功率因数>0.99，无变压器设计
  

• 更高的输出功率：大型数据中心对UPS要求很高，一台3相输出的UPS的母线电压是800 V。模块化UPS可拓展、高冗余，通过连接多个产品能达到100 kVA更大输出功率，以应对大型数据中心的需求

• 0切换时间：相较离线式UPS的2到10 ms切换时间，在线式UPS具有0切换时间，以应对各种情况下的紧急问题

• 具有调节输入电压和优化输出电压的能力，以减少电池的使用频率，从而增加使用时间，节省成本

• 优秀的散热能力，减少本身由散热器带来的重量和成本，同时有能力在受限的空间里增加额外的功率模块

为了实现这些特性，需要权衡考虑以下因素：

• 控制总拥有成本(TCO，Total Cost of Ownership)，包括生产成本、运输安装和后期维护的成本，以及存放设备的空间成本等。需要去考虑如何减小散热片、电感和电解电容以及风扇所占的空间和重量。

• UPS的可拓展化，模块化UPS的一个巨大优势就是可拓展，当需要增加容量时，只需要添加一个电源模块，一个模块尺寸重量较小，即使一个人也可以完成安装，大大减少了成本。

• 采用在线式UPS，在线式UPS相比其它种类的UPS能够处理更多输入电能质量问题，减少电池使用频率，同时其高频逆变器能够输出高质量高效率的正弦信号为负载供电。

• 拓扑对系统性能和能效的影响，3电平拓扑比2电平拓扑能效更高，在额定功率下，更高能效意味着更小的散热器和更好的可靠性，最关键的是电平数的增加使得电压输出更接近正弦波，但复杂的控制算法、更多的器件以及开关管数量增加会导致成本增加，设计人员需要在性能和价格之间权衡取舍。

• 使用SiC作为开关器件。SiC有助于变革性地优化UPS设计，满足大数据时代UPS小型化、高容量化、高效化的要求。

从目前市面已有的使用第三代半导体的服务器电源来看，主要面向最高3kW左右的数据中心供电，以华为的3000W功率氮化镓服务器电源为例，就是基于英飞凌的氮化镓开关管设计的。这是因为随着OCP 3.0、ORV等公开标准的发布，对高功率密度、有效低成本的热管理等机架设计提出了要求。

2000V碳化硅MOSFET / 英飞凌

随着AI服务器对于供电的要求进一步提高，3kW的系统功率也很快会成为过去式。以英伟达最新发布的B200 AI GPU为例，其满载功耗就达到了1200W，DGX B200这种8 GPU硬件平台，功耗更是高达14.3kW。

碳化硅由于成本还未降低至与氮化镓或硅器件同一水平，目前在服务器电源上的应用主要还是在中大功率的模块化UPS上，这与材料本身的特性不无关系。在带隙宽度上，氮化镓和碳化硅的差距并不大，但在击穿电压上，碳化硅的1700V击穿电压远大于氮化镓的650V。

当前来说，在2到4kW的范围内，基于无桥PFC的设计，氮化镓和碳化硅都可以满足服务器电源的需求，且氮化镓还占据成本优势。然而在超过4kW以上的功耗时，氮化镓的高传导损耗就已经对其散热设计提出挑战了。在这个功率范围的电源效率上，两者在半载时的效率相近，但在满载时的效率碳化硅可以做得更高。

随着各种基于云端的人工智能应用飞速落地，数据中心面临着巨大的电力挑战，基于第三代半导体方案的服务器电源不仅解决了高功率供电的问题，也进一步节省了系统成本和电费成本。在碳化硅快速降本节奏的影响下，数据中心电源的需求逐步释放，或将成为碳化硅器件在除汽车和新型电力系统改革等主流应用外的增长第三极！

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