解读英飞凌：演进中的电源供应与机架——AI时代的全链路供电新范式

功率攀升倒逼机架架构换代

AI 负载带来的功耗压力持续攀升，是这份白皮书反复强调的起点。当前每个机架内部集供电、备份及 IT 负载于一体，采用功率不断增大的单相 PSU。

但当单机架功率突破 250 kW，原有机架空间已无法同时容纳供电和计算单元，供电和备份功能被剥离至专用电源侧柜，三相交流配电随之引入。再往后，随着机架功率继续跃升，数据中心将全面采用基于固态变压器（SST）的高压直流集中配电架构，实现全设施范围的高效电力输送。

第一代 AI PSU：功率从 5.5 kW 到 12 kW

第一代 AI PSU 主要遵循 ORv3-HPR 标准，在输入输出电压、效率等核心指标上与前代 ORv3 3 kW 规范保持一致。真正的变化在于针对 AI 服务器需求所做的专项升级，包括更高的额定功率和峰值功率要求，以及因与 BBU 架通信协议优化而带来的更严苛的输出电压稳压精度要求。

尽管每个供电架采用三相输入（线电压 400–480 Vac），但单台 PSU 本身仍为单相输入（230–277 Vac）。当前这一代架构采用 5.5 kW ORv3-HPR PSU，可替换为 12 kW PSU 以提升功率密度。例如配置 4 个供电源架、每个电源架采用 12 kW PSU 模块，单机架总功率可达 288 kW。

第一代 PSU 的拓扑与器件选型

图 3 展示了符合 ORv3-HPR 规范的第一代 PSU 典型拓扑。PFC 级通常采用两电平图腾柱拓扑，快管使用 CoolSiC MOSFET 650 V，慢管搭配 CoolMOS MOSFET 600 V。作为进阶性能方案，亦可选用基于 CoolSiC MOSFET 400 V 的三电平飞跨电容图腾柱 PFC。

多电平功率转换的核心优势在于可选用耐压等级更低的开关器件。凭借多电平拓扑的倍频效应，三电平飞跨电容图腾柱 PFC 可实现更高的效率和功率密度。针对 400 V 较低击穿电压优化的 CoolSiC 技术，相比 650 V 和 750 V 参考器件展现出更优的优值。8 kW PSU 参考设计就是第一代 PSU 的典型代表。

第二代 AI PSU：三相输入与高压直流输出

为支撑机架功率的进一步跃升，第二代 AI PSU 采用更具颠覆性的架构，核心变革体现在两点：输入从单相升级为三相，以提升功率密度并优化成本；输出电压从 50 V 提升至 ±400/800 V，以降低母线电流、减少损耗并节约成本。

图 5 给出了第二代三相输入、高压直流输出 PSU 的典型拓扑及推荐器件方案，单个电源模块功率可达 30 kW。电源侧柜的设计不仅使机架功率可扩展至 1 MW，更为计算机架腾出更多空间以部署计算单元。电源侧柜输出的高压直流通过线缆传输至计算机架，这意味着需要增加一级转换电路，将高压直流降压至 50 V。

高压直流降到 50 V 的两条实现路径

从电源侧柜到计算机架，高压直流如何降回 50 V，白皮书给出了两代演进方案。2a 代方案基于现有的 50 V 服务器托盘架构，将高压直流到 50 V 的转换电路部署在计算机架侧边的 DC-DC 转换架中。这种设计可在沿用现有 50 V 服务器基础设施的前提下，快速、平滑地引入高压直流侧柜架构。

2b 代方案则将高压直流到 50 V 的转换电路，以中间总线转换器模块或降压转换方案的形式，直接集成至服务器托盘内部。两条路径的取舍，取决于数据中心是优先平滑过渡还是优先集成度。

宽禁带器件在 PSU 中的三项价值

CoolGaN 的核心价值在于可在更高开关频率下保持极致效率。AI 负载会产生剧烈的负载瞬态变化，这要求 DC-DC 级具备足够的动态响应能力，同时将电压过冲和下冲严格控制在规格范围内。提升开关频率是增强 DC-DC 输出动态响应的有效路径，英飞凌 8 kW 参考设计中采用 CoolGaN 实现的高频 LLC 拓扑正是这一思路的验证。

在 PFC 侧，采用 400 V CoolSiC MOSFET 的三电平飞跨电容图腾柱 PFC，可实现近乎平坦的效率曲线，峰值效率超过 99.3%，满载效率高于 99.15%。而在三相高压直流 PSU 中，650 V CoolSiC MOSFET 用于 PFC 级背靠背开关，1200 V CoolSiC MOSFET 及二极管应用于维也纳整流器或 T 型 PFC 的输入桥臂。

三种器件融合是应对功率竞赛的思路

机架和 PSU 的功率等级正被快速刷新：从 5.5 kW 到 12 kW 单相，再到 30 kW 三相。每一代跃升都在考验数据中心运营商如何在有限的空间和电力资源内压榨出最高的能效和利用率。应对该挑战，需要全新的机架架构和 AC-DC 配电方案。

白皮书给出的答案是融合硅、碳化硅、氮化镓三种器件技术。400 V CoolSiC MOSFET 可用于三电平飞跨电容图腾柱 PFC，650 V CoolGaN 双向开关可替代维也纳整流器或 T 型 PFC 中两颗背靠背的 650 V CoolSiC MOSFET。这种融合三种技术的设计思路，赋予 PSU 设计在效率、功率密度和系统成本之间实现最优平衡的灵活性。

这组数据把两代 AI PSU 的规格变化摊开来看。第一代保持 50 V 输出和单相输入，单模块功率在 5.5 至 12 kW 之间，靠数量堆叠实现机架功率提升，四个 12 kW 电源架即可达到 288 kW。 第二代则同时改动了输入和输出两端：输入升为三相 400–480 Vac，输出升为 ±400/800 V 高压直流，单模块功率随之进入 18–30 kW 区间。输出电压从 50 V 提升至 ±400/800 V，目的是降低母线电流、减少损耗并节约成本。电源侧柜方案进一步把机架功率上限推到 1 MW，这是第一代机架内集成方式难以达到的量级。

这组指标集中在效率和器件层面。三电平飞跨电容图腾柱 PFC 采用 400 V CoolSiC MOSFET 后，峰值效率超过 99.3%，满载效率高于 99.15%，效率曲线近乎平坦。 器件层面有两个值得注意的数字。一是 400 V CoolSiC MOSFET 在 100℃时的导通电阻仅比 25℃时高出 11%，这种近乎平坦的导通电阻—结温特性为选型留出了成本空间。单颗 650 V CoolGaN 双向开关即可替代两颗背靠背的分立式功率开关器件，且实现相同的导通电阻。这类替代关系直接影响到 PSU 的器件数量与布板面积。