Wolfspeed SiC 助力高斯宝(Gospower)成为中国钛金级 CRPS 领域的引领者
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随着全球经济好转,对服务器的投资日益加大,以满足商业应用程序、数据中心基础设施和维护式 IT 运营的现代化需求。中国成为增长最快的服务器市场,2021 年第一季度营收增长将近 30%i。赋能更强大的服务器和其他算力设备的是能源,但大量的能源需求也对降低运营成本和实现许多国家/地区(包括中国)设定的气候目标构成挑战。
深圳市高斯宝电气技术有限公司(Gospower)满足了这一市场对高效电源的需求。该公司成立于 2006 年,专注于开发和生产用于网络设备、游戏计算机、电信系统、储能系统和电动汽车等各种应用的电力电子产品。
该市场的关键组件是冗余电源,服务器机房和数据中心需要冗余电源来确保高可用性。冗余电源是由两个或多个物理电源组成的电源组的一部分,每个电源可独立运行服务器,因此即使其中一个电源出现故障,服务器也可继续运行。
Gospower 是此类产品的领先供应商,其产品符合 Intel 针对超融合计算、存储和网络设备的通用冗余电源(CRPS)标准的要求。该公司发起了一项设计 CRPS电源模块的项目,以满足客户对更高功率密度和更高效率的需求。
项目目标
Gospower 的目标是通过 40 mm x 185 mm x 73.5 mm 封装尺寸的 CRPS 提供高达 2.6 kW 的功率,同时满足能源之星 Energy Star 的 80 Plus 钛金效率标准(表 1)。
为了在不牺牲效率的情况下,通过提高开关频率来降低电感器和电容器的尺寸和成本,Gospower 等公司转向采用宽禁带(WBG)半导体器件,如碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)。此类半导体器件可被制作得更薄,并具有更低的导通电阻(RDS(ON))、导通损耗、反向恢复电流,可降低开关损耗,并允许在比硅(Si)基器件可能实现的更高频率下工作。
因此,Gospower 选择了在宽禁带半导体器件方面具有丰富经验和专精技术的供应商合作伙伴。
为何选择 Wolfspeed?
Wolfspeed 是理想的合作伙伴。该公司在宽禁带半导体创新方面拥有超过 30 年的丰富经验,可提供业界领先的性能和成本效益参数。作为最大的垂直整合供应商,Wolfspeed 提供的产品涵盖 SiC 裸芯片和分立式元件(包括 MOSFET 和肖特基二极管)、功率模块和参考板等等,终端用户现场使用超过 6 万亿小时。
Wolfspeed 的 SiC 技术可在宽泛的温度范围内提供业界更低、更稳定的 RDS(ON)(图 1)。
此外,公司除了提供元器件外,还通过快速响应和生态系统支持(包括设计咨询、栅极驱动器建议和设计工具 [包括参考设计和强大的 Speedfit™ 2.0 在线设计模拟器])加强与客户的关系。Speedfit™ 可加快对常见拓扑的元器件选择和功率损耗及结温计算。
Wolfspeed 650 V SiC MOSFET 满足效率要求
有多种 PFC 拓扑可供选择,具体取决于应用程序需求。然而,为了实现最高效率,有一种部分或完全去除高损耗二极管桥的趋势。ii
例如,工程师可选择双升压半无桥拓扑(图 2),该拓扑采用左下角的两个二极管来消除基本无桥 PFC 的浮动接地问题,拆分电感器来避免共模电磁干扰问题。采用硅 MOSFET 能够实现的最高效率约为 95%,占用空间大,需两个电感器,总 BoM 成本更高,因此未能达到 Gospower 的所有项目目标。
为了达到 96% 的80Plus钛金峰值效率,PFC 电路效率在满负载时需超过 98% ,在低负载时需超过 96%。为了实现这一点,目前最受关注的无桥拓扑是图腾柱(图 2)。