PI发布800V数据中心超薄辅助电源参考设计
摘要:PowerIntegrations(简称PI)发布了两款针对800VAI数据中心的辅助电源参考设计。一个叫DER-1110,35W六路输出;另一个叫DER-1114,15W单路输出。最薄的DER-1114只有7毫米,DER-1110也不过8毫米。
用1700V氮化镓技术,把辅助电源做到7毫米厚
Power Integrations(简称PI)发布了两款针对800V AI数据中心的辅助电源参考设计。一个叫DER-1110,35W六路输出;另一个叫DER-1114,15W单路输出。最薄的DER-1114只有7毫米,DER-1110也不过8毫米。

为什么要把辅助电源做这么薄?因为800V数据中心对空间的压榨已经到了极限。
一、800V升级,辅助电源成了瓶颈
数据中心母线从400V提到800V,供电能力涨了150%,目的是少占点铜排空间,多塞几块GPU。但机柜内部的空间不是凭空变出来的。以常见的1/2U机架为例,整个高度是22.2毫米。扣掉14毫米的冷却板,留给电源模块的位置只剩8毫米。而且GPU和CPU走液冷,辅助电源这块通常碰不到液冷管,只能靠PCB板自己散热。为了贴紧冷却板,电源板还得做成单面布局——背面必须光溜溜的,一个元件都不能有。
"现在各家都在找800V的辅助电源方案,但成熟产品基本没有。"PI高级培训经理Jason Yan说,"我们这两款就是冲着这个空白来的。"
二、两款方案怎么选,看主电源用什么架构
PI这次不是推一个通用方案,而是做了两个,分别对应两种不同的主电源驱动架构。
DER-1110:35W六路输出,给传统半桥架构用
传统LLC半桥拓扑里,上管和下管不共地。下管驱动可以共用一路电源,但上管浮地驱动需要各自独立的隔离供电。DER-1110就是干这个的:
• 1路14V/2A主输出,给MCU和下管驱动供电
• 4路14V/100mA隔离输出,分别给4个上管栅极驱动供电
• 还有1路14V/100mA给初级侧的控制电路(比如运放、显示电路)
• 输入700V到900V直流都能跑
• 尺寸80mm×60mm,厚度压到8mm以内
• 总共60颗元件,满载效率88%
背面没元件,可以贴冷却板,也可以靠PCB自己散。25度室温满载跑,核心IC温升只有25.8度,磁芯温升49.8度,温度控制得不错。
DER-1114:15W单路输出,给新一代共地架构用
现在有些新的栅极驱动器内部已经集成了上管隔离供电,外面只需要一路共地输出供电就行。DER-1114就是给这种架构准备的:
• 单路12V/1.25A输出
• 尺寸30mm×30mm,厚度只有7mm
• 33颗元件,满载效率82%
效率比DER-1110低一点,主要是因为变压器尺寸被压得太小了。但它的优势是极致省空间,30mm见方的小板子,机柜托盘哪个角落都能塞。
一句话总结选型:主电源用传统半桥(上管下管不共地),选DER-1110;主电源用新一代共地驱动器,选DER-1114。
三、1700V氮化镓单管,为什么能替代两管串联和SiC单管方案
市面上常见的GaN器件耐压也就600V到650V,800V母线用起来必须两颗串联。但串联有个老毛病:电压分布不匀,容易热失衡,可靠性差。PI的解法是用一颗1700V的PowiGaN单管。800V母线最高到900V,这颗管子还有70%的降额裕量,不用串联,一颗搞定。耐压够了,电路就简单了,元件也少了,BOM成本自然就下来了。
这颗1700V GaN管用的是PI自己研发的蓝宝石衬底工艺。PI也是第一家做出单HEMT 1700V GaN器件的公司。
四、InnoMux-2一颗芯片,把辅助电源的事情都包了
两款辅助电源用的都是InnoMux-2反激式开关IC。这一颗芯片里集成了:• 1700V PowiGaN开关管
• 初级控制器
• 同步整流控制器
• FluxLink磁感耦合反馈(不用光耦,实现次级侧稳压,精度照样准)
• SR-ZVS同步整流零电压开关技术
ZVS的作用是在开关管两端电压降至零伏时再让其开通,这样可以把开通损耗降下来。高压电源最怕的就是开关损耗大、发热高,ZVS把这个痛点解决了。而目前市场上如果采用高压的SiC单管方案,由于没有ZVS功能,照样会带来开关管温升增加及效率无法达到最佳的痛点问题。

五、平面变压器:用PCB铜箔代漆包线
传统变压器用漆包线绕,体积大、高度高。PI这两款方案用的是平面变压器:在12层PCB板里用铜箔走线当绕组,配合150kHz的高开关频率,变压器圈数大幅减少,高度也就压下来了。其PI Exeprt设计工具中集成的仿真功能还可以用来优化EMI和分布参数,保证产品批量一致性,电气性能没打折。DER-1110整板是12层PCB,DER-1114是双层母板加12层平面变压器板。DER-1110的板子是单面布局,背面光溜溜的,贴冷却板散热没问题。而DER-1114主打占板空间小,适于布置于母板的任意角落。
六、省空间、省元件、省成本
跟传统方案比,PI这两款辅助电源能省多少?• 主板布局空间省约30%
• 元件数量少30%
• 电路设计更简单,装配更容易
• 700V到900V全输入区间都能高效稳定跑
另外,方案原生支持4kV绝缘耐压,能完全满足数据中心那种高价值设备的高可靠性、高安全性标准要求。
总结:
"现阶段,绝大多数系统集成商还处于800V供电架构的研发阶段,尚无成熟竞品。"Jason Yan总结道,"PI凭借1700V PowiGaN方案在耐压等级、集成度、整机厚度、元器件数量等关键指标上具备压倒性的竞争优势。"展望未来,随着AI算力需求持续攀升,数据中心母线电压甚至可能进一步提升至1500V。PI将持续引领新一代高压AI数据中心供电系统的发展方向。
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