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AI的需求帶動了數據中心的升級，高算力AI芯片帶來了更高的功率，以至於當前數據中心整機櫃的功率提升幅度也相當驚人。納微半導體預測，2024年數據中心整機櫃功率平均達到100kW，到2025年將提升至150kW，並繼續保持高增長至2027年可能將會達到360kW。整機櫃的功率提升，也對服務器電源提出了更高的要求，需要更高的功率密度和更高的轉換效率。納微在中國電源學會年會2024上，介紹了一種服務器電源方案，采用GaN HEMT IC+Si MOSFET的組合，峰值效率能夠達到99.4%，遠遠高於當前服務器電源80Plus鈦金級最高96%的效率要求。

3.2kW GaN基交錯並聯圖騰柱PFC

一般在2.7kW到4.5kW的中大功率服務器電源中，都會采用二級拓撲架構，其中後級一般使用全橋或半橋LLC，主要采用變頻控製，可以實現軟開關，效率能夠達到98%以上。

而前級則采用交錯並聯的PFC，控製方法更加多樣，而且工作方式不同，效率也會有很大差異。因此在前級會是提升電源效率的改進重點。

PFC主要有兩種工作模式，包括電流連續模式（CCM）和臨界導通模式（CrM）。CCM模式的好處是紋波電流小，導通損耗小，而且可以在100kHz以下定頻工作；但也有缺點，比如主開關管硬開通，開關損耗大，峰值效率只能做到99%。

而CrM的優勢相比CCM非常明顯，首先是可以實現所有開關管的軟開關，能夠將開關損耗做到最低，因此峰值效率進一步提升到99.4%。在99%以上，每0.1%的效率提升都伴隨著更多的難題，包括開關頻率帶來的損耗、散熱、驅動、EMI等一系列問題。

納微半導體高級應用工程師余文浩也表示，CrM的問題在於紋波電流會比較大，導致損耗相對較高，同時變頻工作下驅動算法會更加復雜。但依然要采用CrM，必然有更深層的原因。

據介紹，CrM由於可以實現軟開關，可以將頻率提升至幾百K甚至兆赫茲的水平，也就能大幅提高功率密度，同時保持高效率。而主要的技術難點在於三個方面，包括系統閉環控製、相位交錯控製、全範圍ZVS（零電壓開關）。

圖源：納微半導體

納微基於這些控製難點，推出了一個99.4%效率的3.2kW GaN基交錯並聯圖騰柱PFC平臺，在開關管方面，選擇了4顆納微GaN Safe系列的NV6515（650V,32mΩ max）IC，和2顆英飛淩IPT60R040S7 矽MOSFET，並且提供40微亨和200微亨兩種電感規格，分別為高效率和高功率密度場景設計。

圖源：納微半導體

在實測的效率曲線中，在使用200微亨電感，CrM開關頻率在300K左右時，峰值效率可以達到99.447%。但這主要適用於體積不受限，追求極致效率的場景。如果是需要對功率密度有要求的場景，CrM開關頻率則要做到500K或者更高，這個時候峰值效率也可以額達到99.3%的高等級。

小結：

在服務器電源的發展中，隨著AI芯片的算力越來越高，功耗越來越大，電源的高功率密度和高效率將會越來越重要。在高效率電源中，采用第三代半導體器件，以及創新的電源架構，將會是未來的趨勢。