破局AI服务器电源能耗挑战：安森德第三代半导体（SiC/GaN）提供“芯”选择-Ameya360电子元器件采购网

破局AI服务器电源能耗挑战：安森德第三代半导体（SiC/GaN）提供“芯”选择

发布时间：2026-09-24 11:28

作者：AMEYA360

来源：安森德

阅读量：134

　　过去两年，AI算力需求以每年数倍的速度增长。单机架功率从早期的几十千瓦，正在向数百千瓦乃至更高迈进。英伟达最新的GB200 NVL72系统，单机架功率已达到120kW级别。而下一代Rubin Ultra平台的设计目标已经指向600kW以上，甚至兆瓦级机架。

破局AI服务器电源能耗挑战：安森德第三代半导体（SiC/GaN）提供“芯”选择

　　但一个被忽视的事实是：算力越强，电源系统面临的压力越大。

　　传统数据中心供电架构中，12V或48V母线在千瓦级功率下，电流可达数百安培甚至更高。这意味着仅仅在线缆和连接器上的导通损耗，就足以让整个系统的效率下降几个百分点。效率损失1%，对于一个350kW级别的电源系统而言，就是3.5kW的纯浪费——这不仅是电费问题，更是散热设计和运营成本的连锁压力。

　　更关键的是，低压大电流路径的损耗并非线性增长。以48V架构为例，当机架功率达到600kW时，理论电流将超过12,500A。即使假设铜排总电阻仅为1毫欧，传输损耗也将高达156kW，占总功率的26%。这已经不是在“省电”，而是在“堵漏”。

　　问题的根源在哪里?

　　在一套完整的AC-DC或DC-DC电源链路中，功率器件承担着最关键的开关与转换任务。它的导通损耗和开关损耗，直接决定了系统的效率上限。

　　传统硅基MOSFET在高电压下存在一个物理极限：击穿电压与导通电阻之间存在正相关关系——要提高耐压，就必须增加漂移区厚度、降低掺杂浓度，而这直接导致导通电阻显著上升。这一矛盾在高压、高频场景下被进一步放大：开关损耗随频率上升，而为了维持效率被迫降低开关频率，又会导致变压器和电感体积增大。在寸土寸金的服务器机柜里，这几乎是不可接受的。

　　破局思路：从器件层面找回效率

　　第三代半导体碳化硅(SiC)与氮化镓(GaN)，正是针对这类场景的破局关键。SiC材料具有宽禁带、高临界击穿场强和高热导率等优势，在650V及以上高压场景中，可以用更薄的漂移区实现更低的导通电阻，同时支持更高开关频率和更高工作结温;GaN HEMT则基于AlGaN/GaN异质结形成高迁移率二维电子气，具备极低的栅极电荷、输出电容和反向恢复电荷，特别适合600V至650V及中低压高频高效场景。二者结合，可在PFC、DC-DC、同步整流等环节显著降低导通损耗与开关损耗。

　　在服务器电源、通讯电源等能源电源应用中，SiC MOSFET与GaN HEMT的低导通损耗、低开关损耗和优异高频特性，能够帮助设计者在有限空间内实现更高的功率密度。

破局AI服务器电源能耗挑战：安森德第三代半导体（SiC/GaN）提供“芯”选择

　　以安森德半导体的第三代半导体产品线为例，目前已有成熟产品落地：

　　SiC MOSFET 系列：

　　以 ASC360N65Q1H (N MOS) 为代表，采用Trench工艺，耐压达650V，内阻低至360mΩ。该器件具有高开启电压(抗干扰能力强)、开关速度快的特点。配合DFN5*6封装，散热性能好，应用稳定，非常适用于开关电源、高压DC-DC驱动以及快速开关场景，具备高功率密度、输出线性好和能效高等优势。

　　GaN MOSFET 系列：

　　以ASDM15GN65TE / ASDM23GN65P 为代表，耐压650V，内阻低至100mΩ。该系列具备高频高效、高耐压、耐高温、高可靠性的特点，能实现节能降耗、小体积、低重量和高功率密度。其应用领域覆盖氮化镓锂电池充电器、PD快充及大功率适配器，非常适合作为AI服务器电源系统的高密度辅助电源或高效供电模块。

　　AI算力的竞赛不会停步。从行业趋势来看，供电架构正在从传统的12V/48V母线向50V乃至800V高压直流演进，机架功率的每一次跃升，都在把电源设计推向新的边界。设计者需要更“聪明”的器件来跟上节奏。

　　如果你正在为高功率密度电源的效率和散热问题头疼，欢迎关注安森德半导体公众号，我们将为您提供更加优质的解决方案。

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行业新闻

安森德丨浅谈SiC MOSFET驱动设计的选择

　　对于不少电源工程师而言，SiC MOSFET往往与负压关断绑定使用，但从实际拓扑来看，负压并非所有SiC应用的必选项。　　一、负压关断主要解决什么问题?　　SiC MOSFET 的开关速度远快于传统硅 MOSFET，其漏源电压变化率可达 50~100 V/ns。快速开关虽然有利于降低开关损耗，但也使器件更容易受到寄生参数和驱动回路的影响。　　在半桥等桥臂拓扑中，当高边 MOSFET 快速开通时，低边 MOSFET 的 VDS 会急剧变化。由此产生的高 dv/dt 会经由低边器件的栅漏电容 Cgd，也就是米勒电容，耦合到栅极，并注入位移电流。　　如果驱动回路抑制干扰的能力不足，这股位移电流就可能在栅极形成瞬态 VGS 尖峰，使原本处于关断状态的 MOSFET 被抬升到阈值电压以上。SiC MOSFET 的阈值电压通常约为 2.7~4 V，一旦发生误开通，上下桥臂便会同时导通，进而可能造成直通短路。　　从图中可以看到，高边Q1高速开通时，低边Q2承受快速变化的VDS，Cgd产生的位移电流会流入栅极，并形成瞬态VGS尖峰。　　米勒串扰的形成通常包含三个关键条件：高dv/dt、Cgd耦合通道，以及另一只处于关断状态的互补开关管。其中前两项来自器件自身特性，而是否存在互补开关，则由具体拓扑决定。　　这也意味着，判断SiC MOSFET是否需要负压关断，不能只看器件本身，更要看它工作在什么拓扑中。　　二、单管拓扑为何可以采用0V关断?　　反激是消费类适配器、辅助电源等场景中非常典型的单管拓扑，初级功率回路只有一只主开关MOSFET，不存在另一只与其构成互补关系的高速功率管。　　在MOSFET关断过程中，其漏极电压同样会快速上升，dv/dt也会通过自身Cgd影响栅极。但这种作用属于器件自身的电容耦合，不存在桥臂结构中“一只MOSFET开通，干扰另一只MOSFET”的跨器件路径。　　因此，从米勒串扰和桥臂直通这一角度来看，反激拓扑并不依赖负压关断，可以采用0V关断方案。相比负压关断，其主要代价是关断速度有所降低，并带来一定的额外关断损耗。　　三、正激、Buck同样不存在互补开关串扰　　相同的判断逻辑也适用于单管正激和传统Buck拓扑。　　单管正激通过一只主开关管控制变压器初级能量传递，并没有半桥、全桥结构中的高速互补开关，因此不存在另一只功率MOSFET受到米勒耦合后发生误导通的问题。　　Buck拓扑则由主动开关、续流器件以及储能电感组成，基本功率级同样只有一只主动开关。　　对于这类拓扑，开关节点的dv/dt主要作用于器件自身，不会形成桥臂拓扑中的跨器件串扰路径，因此从抗米勒误导通的需求来看，可以采用0V关断，无需额外增加负压生成电路。　　四、普通Boost及传统Boost PFC与图腾柱PFC要区别看待　　PFC是另一个容易产生误解的应用。　　普通Boost/传统Boost PFC由一只主动MOSFET、升压电感以及续流二极管构成，本质上仍属于单管升压结构。　　普通 Boost 与传统 Boost PFC 中，承担主动开关作用的通常只有一只 MOSFET，并没有另一只高速互补功率管参与桥臂交替工作，因此它们的驱动判断思路与反激、Buck 较为接近：采用 0V 关断通常就能满足需求，也无需再为负压驱动额外增加电路。图腾柱 PFC 则不能按这一逻辑处理。它为降低整流损耗，高频桥臂一般由两只功率 MOSFET 构成，已经属于典型的桥式功率级。当其中一只器件快速开关时，另一只关断管会承受较高的 dv/dt，并可能通过 Cgd 耦合到栅极，进而出现米勒串扰，严重时甚至误导通。因此，图腾柱 PFC 更应重视负压关断，以提升关断期间的抗干扰余量。换言之，“PFC 一定要用负压”这种说法并不准确，驱动方案最终仍要由具体电路结构来决定。　　五、两只开关管，也不一定属于桥臂结构　　判断是否需要负压关断，也不能简单按照开关管数量进行划分。　　以双管正激为例，虽然初级侧使用两只MOSFET，但两只器件采用同时开通、同时关断的工作方式，并不是半桥、全桥中交替工作的互补开关关系。　　因此，双管正激并不存在典型的“一侧高速开通，导致另一侧关断器件受到米勒串扰”的工作条件，也不存在传统桥臂结构中的上下管互补直通路径。　　双管反激同样属于类似情况，两只功率器件采用同开同关方式，因此从米勒串扰角度来看，也可以采用0V关断。　　安森德半导体(ASDsemi)，以呼应市场应用需求特研发推出以下SiC MOSFET，以满足客户灵活设计参数要求。　　SiC MOSFET是否采用负压关断，并没有放之四海而皆准的结论。负压关断的关键作用之一，是应对桥式拓扑中高 dv/dt 通过 Cgd 耦合到栅极后造成的米勒串扰与误开通。因此，半桥、全桥、图腾柱 PFC 等带有高速互补开关的功率级，借助负压关断可以提升关断状态下的抗干扰能力。相反，反激、单管正激、Buck、普通 Boost、传统 Boost PFC，以及部分同开同关的双管拓扑，并不存在这种跨器件的串扰通路，因此可在效率、成本、PCB 面积和驱动复杂度之间权衡，选择 0V 或负压关断。对电源工程师而言，SiC MOSFET 驱动设计的核心不是套用“SiC 必须负压”的既有经验，而是依据器件参数、拓扑结构和开关时序进行判断;在保障可靠性的前提下减少不必要的外围电路，也是 SiC 器件迈向高集成、高功率密度应用的重要方向。　　安森德MOS产品依托自研工艺，可以定制各类高效MOSFET，提供系统级解决方案，助力品牌快充实现丝滑迭代、高良率大规模量产。例如：在45W~240W的主流快充中，我们推荐以下型号的同步整流MOS，支持电源产品做紧凑PCB布局，帮助您通过高频工况EMI，打造高可靠、低Ciss、成本友好的的同步整流电路，单颗覆盖功率范围广，可减少物料种类。

2026-09-20 10:39 阅读量：214

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