报告概述
本报告由英飞凌科技股份公司发布，主要研究AI服务器负载激增背景下，数据中心电源和机架架构的演进路径。报告覆盖从第一代单相PSU（5.5-12kW）到第二代三相高压直流PSU（18-30kW）的拓扑变化，并分析碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）宽禁带半导体在提升能效和功率密度中的关键作用。报告采用器件-拓扑匹配的方法，为电源设计者提供选型参考，帮助读者理解如何融合硅、SiC、GaN三种技术实现最优设计。
报告的核心结论
AI机架功率攀升推动供电架构从单相向三相高压直流演进
报告指出，AI负载导致单机架功率从当前250kW向未来1MW跃升，原有单相PSU架构无法满足空间和效率需求。第二代架构将供电和备份功能剥离至专用电源侧柜，采用三相交流输入、高压直流输出（±400/800V），实现更高功率密度和可扩展性。
宽禁带半导体是实现更高开关频率和动态响应的关键
报告认为，CoolGaN™器件凭借极低的开关损耗和输出电容电荷，可在软开关拓扑（如LLC）中支持更高开关频率，从而增强对AI GPU剧烈负载瞬态的响应能力，同时保持高效率。
多电平拓扑配合低压SiC器件可显著提升PFC级效率
报告展示，采用400V CoolSiC™ MOSFET的三电平飞跨电容图腾柱PFC相比传统两电平方案，峰值效率超过99.3%，满载效率高于99.15%。低压器件优化的优值系数和稳定的导通电阻温度特性是实现这一性能的关键。
混合使用Si、SiC、GaN三种技术可实现最佳性价比
报告强调，英飞凌作为唯一同时深耕三种功率技术的厂商，能够提供灵活的设计方案。例如，650V CoolGaN™双向开关可替代两颗背靠背SiC MOSFET，在降低组件数量的同时保持相同导通电阻，优化系统成本与性能。
报告回答的关键问题
AI服务器电源架构未来如何演进？
报告指出，AI机架功率从250kW向1MW增长，推动供电架构从第一代单相PSU（50V输出，5.5-12kW）演变为第二代三相输入、高压直流输出（±400/800V，18-30kW）的架构，供电单元与计算机架分离，并引入电源侧柜集成PSU、电池备份和电容模块。
为什么AI服务器需要宽禁带半导体？
报告认为，宽禁带半导体（如CoolGaN™和CoolSiC™）能在更高开关频率下保持极致效率，从而提升功率密度并满足AI GPU的剧烈负载瞬态要求。例如，GaN器件在LLC拓扑中可降低零电压开关门槛，减少死区损耗，实现更快的动态响应。
如何提升AI服务器PSU的效率和功率密度？
报告建议采用多电平拓扑（如三电平飞跨电容图腾柱PFC）搭配低压SiC MOSFET，实现超过99.3%的峰值效率。同时，在DC-DC级使用GaN器件提高开关频率，并通过三相LLC拓扑或交错并联设计增强功率输出能力。
碳化硅和氮化镓在AI电源中分别适用哪些场景？
报告指出，CoolSiC™ 400V MOSFET适用于三电平PFC的快管，其低开关损耗和稳定温升特性优势明显；1200V CoolSiC™用于三相维也纳整流器或T型PFC的输入桥臂。CoolGaN™则凭借超低开关损耗，在LLC变换器和双向开关（BDS）中实现高频高效运行。
报告中的代表性数据
三电平飞跨电容图腾柱PFC峰值效率
未明确，报告采用400V CoolSiC™ MOSFET实现，满载效率高于99.15%，对比传统两电平图腾柱PFC有显著提升。
400V CoolSiC™ MOSFET导通电阻温升系数
100℃ vs 25℃，报告显示，400V CoolSiC™ MOSFET在100℃时的导通电阻仅比25℃时高出11%，远低于同类650V/750V器件，降低了热设计难度。
以上数据根据报告摘要整理，具体统计口径和数值请以完整报告原文为准。
完整报告包含什么
- 详细阐述AI服务器机架PSU从第一代（5.5-12kW，单相）向第二代（18-30kW，三相高压直流）的演进拓扑图及设计要点。
- 深入分析宽禁带半导体（SiC和GaN）在PFC级和DC-DC级中的具体应用，包括多电平飞跨电容图腾柱PFC和三相LLC拓扑。
- 提供基于CoolSiC™和CoolGaN™的8kW PSU参考设计详情（REF_8kW_PSU），含测试结果和效率曲线。
- 对比400V、650V、1200V CoolSiC™ MOSFET开关优值（FoM）和导通电阻温度特性图表，辅助器件选型。
- 介绍650V CoolGaN™双向开关（BDS）的原理、优势及在维也纳整流器和T型PFC中的替代方案。
- 包含AI GPU典型峰值功率需求曲线，说明负载瞬态对PSU动态响应的严苛要求。
- 列出完整的参考文献列表（15篇），涵盖英飞凌应用笔记、开放计算项目标准等，供深入查阅。
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