AI算力推高供電門檻，PI 高壓 GaN 給出新解法！

5月22日，2026世界AI服務(wù)器電源大會(huì)（PSU 2026）在深圳順利舉行。本次大會(huì)由充電頭網(wǎng)旗下服務(wù)器電源網(wǎng)800VDC.com主辦，聚焦AI數(shù)據(jù)中心、服務(wù)器電源、高壓直流供電、SST固態(tài)變壓器、功率器件與系統(tǒng)級(jí)電源架構(gòu)等熱點(diǎn)方向。

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會(huì)上，Power Integrations（以下簡(jiǎn)稱：PI）資深FAE余興圍繞AI數(shù)據(jù)中心供電架構(gòu)升級(jí)、高壓直流母線應(yīng)用趨勢(shì)，以及高壓PowiGaN器件在效率、功率密度和可靠性方面的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了分享。

目前AI服務(wù)器功耗持續(xù)提升，數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)正在向更高電壓、更高效率和更高功率密度方向演進(jìn)。其中，800VDC架構(gòu)被視為下一代AI數(shù)據(jù)中心的重要技術(shù)路線。

在這一架構(gòu)下，功率器件的耐壓等級(jí)、開關(guān)損耗、驅(qū)動(dòng)復(fù)雜度和長(zhǎng)期可靠性，將直接影響服務(wù)器電源的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用表現(xiàn)。

800VDC架構(gòu)推動(dòng)高壓GaN走向主電源應(yīng)用

在AI算力快速增長(zhǎng)的背景下，服務(wù)器電源需要在有限空間內(nèi)承載更高功率輸出，同時(shí)兼顧轉(zhuǎn)換效率和散熱壓力。傳統(tǒng)低壓供電鏈路中，器件數(shù)量、磁性元件體積、開關(guān)損耗和高壓應(yīng)力管理，都會(huì)限制功率密度繼續(xù)提升。

針對(duì)這一趨勢(shì)，PI已推出1250V和1700V高壓GaN器件，并圍繞800VDC AI數(shù)據(jù)中心架構(gòu)發(fā)布相關(guān)技術(shù)白皮書。其中，1250V GaN可面向800V至54V/12V等高壓母線轉(zhuǎn)換場(chǎng)景，1700V GaN則進(jìn)一步覆蓋更高耐壓需求。

PI早在2018年便推出750V GaN器件，隨后陸續(xù)擴(kuò)展至900V、1250V和1700V平臺(tái)。可以看到，GaN正在從消費(fèi)類快充、輔助電源等應(yīng)用，進(jìn)一步進(jìn)入服務(wù)器主電源、高壓直流母線變換等更高功率等級(jí)市場(chǎng)。

單顆1250V GaN簡(jiǎn)化800V主電源設(shè)計(jì)

在800VDC輸入場(chǎng)景下，如果繼續(xù)采用650V硅MOS或650V GaN器件，通常需要通過級(jí)聯(lián)、串聯(lián)或多路并聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)電壓分擔(dān)。

這類方案雖然能夠滿足耐壓需求，但也會(huì)帶來器件數(shù)量增加、驅(qū)動(dòng)控制復(fù)雜、電壓均衡難度提升等問題。

PI采用單顆1250V高壓GaN器件，可簡(jiǎn)化800V功率變換電路。以半橋SR-LLC架構(gòu)為例，單顆1250V PowiGaN器件能夠直接應(yīng)對(duì)高壓母線輸入，減少650V器件級(jí)聯(lián)帶來的均壓風(fēng)險(xiǎn)，也有助于降低系統(tǒng)復(fù)雜度。

對(duì)于長(zhǎng)期高負(fù)載運(yùn)行的AI服務(wù)器電源來說，結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)潔，系統(tǒng)調(diào)試和長(zhǎng)期運(yùn)行的不確定因素也就越少。高耐壓?jiǎn)喂芊桨覆粌H有助于提升可靠性，也為電源模塊進(jìn)一步提高功率密度提供了基礎(chǔ)。

對(duì)比SiC，高壓GaN更適合高頻高密設(shè)計(jì)

在高壓器件對(duì)比中，PI重點(diǎn)展示了1250V GaN HEMT與1200V SiC MOSFET之間的差異。以相近導(dǎo)通電阻等級(jí)為例，1250V GaN在輸出電容電荷Qoss、柵極電荷Qg以及關(guān)斷延遲等關(guān)鍵指標(biāo)上具備優(yōu)勢(shì)。

更低的Qoss有助于降低高壓開關(guān)損耗，更低的Qg可以減少驅(qū)動(dòng)損耗，更短的關(guān)斷時(shí)間則有利于提升高頻運(yùn)行效率。

PI表示，1250V GaN HEMT可支持高達(dá)1MHz級(jí)別的高頻工作。對(duì)于AI服務(wù)器電源來說，開關(guān)頻率提升后，磁性元件和濾波器件體積有望進(jìn)一步縮小，從而提升電源模塊功率密度，并為散熱設(shè)計(jì)留出更多空間。

共源共柵結(jié)構(gòu)帶來更簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)控制

除了耐壓和高頻性能，PI還介紹了PowiGaN采用的耗盡型共源共柵結(jié)構(gòu)。

PI通過低壓硅MOS與GaN器件組合，實(shí)現(xiàn)整體器件的常關(guān)控制。由于實(shí)際驅(qū)動(dòng)對(duì)象是低壓硅MOS，因此其柵極驅(qū)動(dòng)窗口更寬，對(duì)驅(qū)動(dòng)電壓和噪聲的容忍度更高，也有助于降低誤導(dǎo)通風(fēng)險(xiǎn)。

相比之下，增強(qiáng)型GaN的柵極耐壓窗口較窄，在高頻、高dv/dt環(huán)境中，往往需要更復(fù)雜的負(fù)壓關(guān)斷和驅(qū)動(dòng)鉗位設(shè)計(jì)。

對(duì)于服務(wù)器電源這類高可靠性應(yīng)用來說，驅(qū)動(dòng)方案越簡(jiǎn)單，系統(tǒng)設(shè)計(jì)和量產(chǎn)導(dǎo)入難度也就越低。

低第三象限損耗提升LLC效率表現(xiàn)

在LLC等軟開關(guān)拓?fù)渲校谌笙薹聪驅(qū)ㄐ阅芡瑯雨P(guān)鍵。為了實(shí)現(xiàn)ZVS，功率器件需要在死區(qū)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行反向續(xù)流，因此反向?qū)〒p耗會(huì)直接影響電源效率和溫升表現(xiàn)。

PI表示，耗盡型共源共柵結(jié)構(gòu)在第三象限工作時(shí)，主要由低壓硅MOS體二極管導(dǎo)通，其反向?qū)ü拯c(diǎn)電壓約為0.7V。相比部分增強(qiáng)型GaN方案，該結(jié)構(gòu)有助于降低死區(qū)損耗。

對(duì)于高頻LLC電源而言，這一優(yōu)勢(shì)會(huì)直接體現(xiàn)在效率、溫升和散熱設(shè)計(jì)上，也契合AI服務(wù)器電源對(duì)高效率、高功率密度的需求。

高壓瞬態(tài)耐受，提升數(shù)據(jù)中心電源可靠性

AI數(shù)據(jù)中心電源不僅要高效，也必須具備高可靠性。服務(wù)器電源長(zhǎng)期運(yùn)行在高負(fù)載狀態(tài)下，還可能面對(duì)浪涌、雷擊、接線異常等高壓瞬態(tài)事件，器件在異常應(yīng)力下的表現(xiàn)，直接關(guān)系到系統(tǒng)安全性和可維護(hù)性。

SiC器件在超過一定電壓后可能出現(xiàn)雪崩擊穿，并導(dǎo)致不可恢復(fù)損壞；而GaN器件在高壓應(yīng)力下更多表現(xiàn)為導(dǎo)通電阻暫時(shí)上升，在高壓事件移除后，器件特性可逐步恢復(fù)。

此外，PI還結(jié)合公開HTRB高溫反偏測(cè)試數(shù)據(jù)指出，耗盡型共源共柵GaN在長(zhǎng)期高壓偏置可靠性方面具備優(yōu)勢(shì)。

其1250V和1700V GaN器件已經(jīng)在汽車等嚴(yán)苛應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)出貨，這也為其進(jìn)入AI數(shù)據(jù)中心電源應(yīng)用提供了可靠性基礎(chǔ)。

從輔助電源到主電源，GaN應(yīng)用邊界繼續(xù)擴(kuò)大

目前，PI的GaN器件已經(jīng)在服務(wù)器輔助電源領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)出貨，并隨著GaN技術(shù)普及持續(xù)增長(zhǎng)。

在800VDC AI數(shù)據(jù)中心架構(gòu)中，PI的1700V InnoSwitch系列和InnoMux-2產(chǎn)品可用于輔助電源部分，面向主電源的系統(tǒng)級(jí)GaN產(chǎn)品也正在研發(fā)推進(jìn)。

這意味著PI的高壓GaN布局并不局限于單一器件替代，而是覆蓋輔助電源、主電源以及高壓母線功率變換等多個(gè)環(huán)節(jié)。

隨著800VDC架構(gòu)逐步推進(jìn)，服務(wù)器電源中的高壓器件選型也將從單純關(guān)注耐壓，轉(zhuǎn)向綜合考慮效率、頻率、驅(qū)動(dòng)難度、可靠性和系統(tǒng)成本。

充電頭網(wǎng)總結(jié)

Power Integrations此次將1250V、1700V PowiGaN放到了800VDC數(shù)據(jù)中心供電架構(gòu)中，核心思路十分清晰：用更高耐壓的單顆GaN器件，減少650V器件級(jí)聯(lián)帶來的均壓和控制問題，同時(shí)借助GaN低電荷、高頻開關(guān)的特點(diǎn)，為服務(wù)器電源提升效率和功率密度提供支持。

當(dāng)前800VDC架構(gòu)仍處在加速推進(jìn)階段，相關(guān)電源方案還需要經(jīng)歷器件選型、拓?fù)鋬?yōu)化和系統(tǒng)驗(yàn)證。高壓GaN能否在服務(wù)器主電源中大規(guī)模落地，最終仍要看效率、可靠性、成本和量產(chǎn)成熟度的綜合表現(xiàn)。

但可以確定的是，隨著AI數(shù)據(jù)中心功率需求繼續(xù)提升，傳統(tǒng)器件方案面臨的設(shè)計(jì)壓力會(huì)越來越明顯。1250V、1700V這類高壓GaN器件，也將成為服務(wù)器電源升級(jí)中值得關(guān)注的重要技術(shù)路線。

另外，本次大會(huì)所有嘉賓演講內(nèi)容已完成高清視頻素材整理，各企業(yè)專屬演講視頻均已單獨(dú)上線發(fā)布，直觀呈現(xiàn)各家技術(shù)亮點(diǎn)與研發(fā)成果，內(nèi)容兼具實(shí)操性與前瞻性，含金量十足！

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