江西萨瑞微电子SiC 和 GaN赋能AI服务器电源系统

Release time:2025-04-03
author:AMEYA360
source:江西萨瑞微
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  01AI服务器电源的核心挑战与技术需求

  超高功率密度:单机架功率已从传统服务器的数千瓦提升至数十千瓦(如英伟达DGX-2需10kW,未来GB300芯片预计达1.4kW单芯片功耗),要求电源方案在有限空间内实现高效能量转换。

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  高频化与高效率:单个 GPU 的功耗将呈指数级增长,到 2030 年将达到约 2000 W,而 AI 服务器机架的峰值将达到惊人的 >300 kW。这些要求对数据中心机架的 AC 和 DC 配电系统进行新的架构更改,重点是减少从电网到核心的转换和配电功率损耗。为降低损耗并适配GPU/TPU的高频运算,电源转换频率逐步提升至MHz级,同时需将转换效率从传统的96%提升至98%以上,以减少散热成本与碳排放。

  高压化与稳定性:输入电压向800V DC-HVDC(高压直流)演进,输出电压则需精准降至芯片级所需的0.8V-12V,要求器件具备宽电压范围适应性与低噪声特性。

  02PSU的拓扑图及演变

  图 2(a)显示了开放计算项目 (OCP) 机架电源架构的示例图。每个电源架由三相输入供电并容纳多个 PSU;每个 PSU 由单相输入供电。机架向母线输出直流电压(例如 50 V),母线还连接到 IT 和电池架。

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  AI 趋势要求 PSU 进行功率演进,如图 2(b)所示。让我们通过实施拓扑和设备技术建议的示例来介绍这些 PSU 的每一个代。

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  AI 服务器机架 PSU 的趋势和功率演进

  第一代 AI PSU 高效电能转换基石

  在第一代 AI PSU(2010-2018 年)的硅基架构框架下,实现5.5-8kW 功率、50V 输出、277V 单相输入

  当前的AI服务器PSU大多遵循ORv3-HPR标准[9]。相较于先前的ORv3 3 kW标准[9],该标准的大部分要求(包括输入和输出电压以及效率)保持不变,但增加了与AI服务器需求相关的更新,例如,更高的功率和峰值功率要求(稍后详述)。此外,由于与BBU架的通信方式有所调整,输出电压的调节范围变得更窄。

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  尽管每个电源架都通过三相输入(400-480 Vac L-L)供电(见图2),但每台PSU的输入仍为单相(230-277 Vac)。图3展示了符合ORv3-HPR标准的第一代PSU的部署示例:PFC级可以采用两个交错的图腾柱拓扑结构,其中,650V CoolSiC™ MOSFET用于快臂开关,600V CoolMOS™ SJ MOSFET用于慢臂开关。DC-DC级可以选用650V CoolGaN™晶体管的全桥LLC,次级全桥整流器和ORing则使用80V OptiMOS™ Power MOSFET。

  推荐使用萨瑞微电子800V-1000V整流桥

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  第二代AI PSU:增加线路电压

  如上所述,随着机架功率增加到300kW以上,电源架的功率密度变得至关重要。因此,下一代PSU的设计方向是,在单相架构中实现8kW至12kW的输出功率。随着每个机架的功率增加,数据中心中的机架数量在某些情况下,可能会受配电电流额定值和损耗的约束。因此,为了降低交流配电的电流和损耗,部分数据中心可能会将机架的交流配电电压从400/480V提高到600Vac L–L(三相),同时将PSU的输入电压从230/277Vac 提高到347Vac(单相)。

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  对于DC-DC级来说,三相LLC拓扑结构是一种理想选择,其中,750V CoolSiC™ MOSFET用于初级侧开关,80V OptiMOS™ 5 Power MOSFET用于次级全桥整流器和ORing。由于增加了第三个半桥开关臂,该解决方案能够提供更高的功率,有效降低输出电流的纹波,并通过三个开关半桥之间的固有耦合实现自动电流分配。

  推荐使用萨瑞微高频开关

  高频开关(500V硅基MOS推荐)

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  高频开关(650V硅基MOS推荐)

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  硅基MOSFET: 500V/650V硅基MOS:采用沟槽式结构,适用于中低频(<500kHz)、中等功率场景,如辅助电源或低压侧开关,导通电阻低至30mΩ以下,支持快速开关响应。

  高频开关(600V超结MOS推荐)

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  高频开关(650V超结MOS推荐)

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  超结MOSFET(600V/650V/800V):通过电荷平衡技术突破硅基材料限制,实现高耐压与低导通电阻的平衡(如650V型号Rds(on)≤15mΩ),适用于1MHz以上高频场合,可显著减小磁性元件体积,提升功率密度。

  碳化硅MOSFET(650V/1200V/1700V): 针对800V高压输入与超高频率(>2MHz)场景,碳化硅器件展现出无可替代的优势:

  材料特性:禁带宽度是硅的3倍,支持更高结温(175℃)与耐压,开关损耗降低70%以上,适用于全碳化硅LLC拓扑,转换效率可达98.5%。

  第三代AI PSU:三相架构与400V配电

  为了进一步提高机架功率,第三代 AI PSU 将采用更具颠覆性的机架架构,如下所示:

  1PSU输入:从单相转为三相,以提高功率密度,并降低成本

  2电源架PSU输出电压:从50V提升到400V,以降低母线电流、损耗和成本

  三相输入和 400 V 输出 PSU 的示例实现,其中包含推荐的设备和技术。PFC 级是 Vienna 转换器,这是三相 PFC 应用的流行拓扑。它的主要优势在于,由于其分离总线电压,它允许使用 650 V 设备,使用两倍数量的背对背 CoolSiC MOSFET 650 V 和 CoolSiC 1200 V 二极管。由于 PFC 输出是分离电容器,因此每个电容器电压为 430 V,并向全桥 LLC 转换器供电,初级和次级侧均配备 CoolGaN 晶体管 650 V。两个 LLC 级在初级侧串联,在次级侧并联,以向 400 V 母线供电。

  或者,两个背靠背的 CoolSiC MOSFET 650 V 可以用 CoolGaN 双向开关 (BDS) 650 V 代替,后者是真正的常闭单片双向开关。这意味着单个 CoolGaN BDS 可以取代四个分立电源开关,以获得相同的 RDS(on),因为它在 RDS(on)/mm2 方面具有高效的芯片尺寸利用率。

  在DC-DC变换器的次级整流中,同步整流MOS管替代传统二极管,消除肖特基势垒电压,大幅降低导通损耗:

  产品特性:低栅极电荷(Qg<10nC)与极低导通电阻(如40V耐压型号Rds(on)≤5mΩ),支持全负载范围高效运行。内置体二极管反向恢复电荷(Qrr)极低,减少振荡与EMI干扰,适配高频同步整流控制方案。

  技术优势:配合驱动电路实现ZVS(零电压开关)或ZCS(零电流开关),在10kW以上功率模块中,可将整流效率从95%提升至99%以上。

  WBG 对 AI PSU 的好处

  宽带隙 (WBG) 半导体(例如 CoolGaN)成为 AI PSU 的最佳选择,因为它们在更高的开关频率下提供最佳效率,从而实现更高功率密度的转换器,而不会影响转换效率。

  除了 AI PSU 的标称功率显著上升外,GPU 还会吸收更高的峰值功率并产生高负载瞬变。因此,DC-DC 级输出必须足够动态,而电压过冲和下冲必须保持在规定的限值内。可以通过提高开关频率来增加 DC-DC 级输出动态,从而增加控制环路带宽。

  CoolGaN 器件因其卓越的 FoM 和 Si、SiC 和 GaN 器件中最低的开关损耗而轻松满足了更高开关频率的要求。尤其是在软开关 LLC 转换器中,CoolGaN 具有最低的输出电容电荷 (Qoss),这对于更轻松地实现 ZVS(零电压开关)起着至关重要的作用。随后,这有助于更精确地设置死区时间,从而消除不必要的死区时间传导损耗。

  辅助电源LDO推荐

  辅助电源LDO:为服务器监控芯片、传感器等提供稳定低压供电(如3.3V/5V),萨瑞微电子的LDO系列具备低静态电流(<1μA)、高PSRR(电源抑制比)与快速瞬态响应,确保核心器件在复杂电源环境下稳定运行。

  负载开关MOS管推荐

  负载开关MOS管:用于电源系统的通断控制与负载隔离,支持大电流(10A-50A)快速切换,内置过流/过热保护,避免浪涌电流对后级电路的冲击,提升系统安全性。

  结论

  与AI算力共成长,定义电源新高度 在AI服务器向更高功率、更高效率演进的征程中,电源系统的每一次优化都依赖于器件级的技术突破。萨瑞微电子以“全电压覆盖、全技术兼容、全流程可控”的产品矩阵,为AI服务器电源提供了从输入整流到精准供电的完整解决方案,助力客户在算力竞赛中抢占先机。


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江西萨瑞微电子防雷模组:为严苛环境打造36V/30KA高可靠守护者!
  防雷模组  在灯塔的信号灯、通信基站、工业控制系统和户外电子设备中,防雷保护是确保设备长期稳定运行的关键。江西萨瑞微电子推出的防雷模块以其卓越的电气性能和宽广的环境适应性,为各种敏感电子设备提供可靠的过电压保护。  产品核心参数亮点  宽温工作,适应极端环境  工作温度范围:-40℃至125℃  湿度范围:5%至95%RH  环境适应性:模块能够在从寒带到热带的各种气候条件下稳定工作,满足户外设备的严苛要求  精准的电压保护特性  截止电压:36V(可施加的最大持续工作电压)  击穿电压范围:40V~49.1V  反向漏电流:仅5uA,确保正常工作时几乎不消耗额外功率  强大的浪涌吸收能力  标称放电电流:30KA(8/20μs波形)  电压保护水平:500V  防护等级:IP67全密封防护,防尘防水  技术优势解析  一端口设计,简化系统布局  该防雷模块采用输入/输出一体化的一端口设计,极大简化了系统布局和接线难度。这种设计特别适合空间受限的应用场景,同时减少了安装过程中的错误可能性。  安全失效模式,杜绝二次灾害  模块采用开路模式作为安全失效模式,当模块因异常情况损坏时,会自动断开与线路的连接,避免因防雷器失效导致系统短路或火灾风险,为设备提供双重安全保障。  精准的电压钳位能力  击穿电压范围控制在40V至49.1V之间,确保在正常工作时不影响系统运行,一旦出现过电压能够迅速响应,将电压钳位在安全范围内,保护后端精密电子设备。  典型应用场景  串联接法  灯塔的信号灯  抗盐雾腐蚀:外壳采用特殊防腐材料,适应沿海高盐度环境  防潮防凝露:IP67防护等级确保在潮湿海洋空气中长期稳定工作  宽温域工作:-40℃至125℃范围适应从寒带到热带的所有灯塔环境  通信基站电源保护  在5G基站和通信设备中,为电源线路提供可靠的防雷保护,确保通信网络在雷雨天气下的稳定运行。  工业控制系统  应用于PLC、DCS等工业控制设备的电源入口,防止雷击浪涌对敏感控制电路造成损坏。  户外监控设备  为户外摄像头、交通监控设备等提供全面保护,延长设备使用寿命。  新能源设施  在光伏逆变器、充电桩等新能源设备中,保护电源管理系统免受浪涌冲击。  萨瑞微电子防雷模组以其优良的电气性能、宽广的环境适应性和高可靠性,成为各种电子设备在雷雨季节的安全卫士。无论是在通信、工业还是新能源领域,这一产品都能为设备提供有效的过电压保护,确保系统长期稳定运行。
2025-09-24 11:07 reading:242
江西萨瑞微S8050H三极管,您的电路设计好帮手
  今天我们来深入了解江西萨瑞微电子的爆款产品——S8050H三极管。  一、什么是S8050H?  S8050H是一款NPN型硅双极型晶体管(BJT),属于小信号晶体管类别。它是江西萨瑞微电子精心打造的高性能三极管,广泛应用于各类电子电路中。  结构特点*S8050H 三极管结构图  S8050H 是一款NPN 外延硅晶体管,具有低电压和高电流能力,是推挽放大和通用开关应用的亮点。  S8050H三极管包含三层,其中一个 P 掺杂半导体层封装在另外两个 N 掺杂层之间。P掺杂层代表基极端,而其他两层分别代表发射极和集电极。  S8050H三极管具有两个 PN 结:正向偏置的发射极-基极结和反向偏置的集电极-基极结。  需要注意的是,S8050H 三极管必须在正向偏置模式下运行才能获得更好的性能。如果晶体管没有正向偏置,则无论在基极端子上施加多少电压,都不会有集电极电流。  当在基极端施加电压时,放大是一种简单的方式,晶体管吸收小电流,然后用于控制其他端子的大电流。  二、S8050H三极管参数  S8050H三极管主要包含三个端子,即发射极、基极和集电极,用于与电子电路的外部连接,三个端子在掺杂浓度方面是不同的。  其中发射极是高度掺杂的,基极是轻掺杂的,而集电极是中掺杂的。前者控制电子数量,后者从基极收集电子数量。一个端子的小电流用于控制其它端子的大电流。  三、S8050H 的CAD 模型  S8050H三极管的封装尺寸图  四、S8050H 三极管特点  低电压、大电流 NPN 晶体管  小信号晶体管  最大功率:0.3 W  最大直流电流增益 (hFE) 为 400  连续集电极电流 (IC) 为 800mA  基极-发射极电压(VBE) 为 5V  集电极-发射极电压 (VCE) 为 20V  集电极-基极电压 (VCB) 为 30V  高 用于推挽配置 B 类放大器  SOT-23 封装  五、S8050H工作原理讲解  在 S8050H NPN 晶体管中,当基极接地时,发射极和集电极等两个端子都将反向偏置,当向基极引脚提供信号时,它们将关闭(正向偏置)。  S8050H 三极管的最大增益值为 300,此值将决定放大能力,如果放大率很高,则将其用于放大。  但是,集电极电流的增益值将是 110,并且整个集电极端子的最大电流供应是 800mA,因此我们无法通过该晶体管通过 800mA 以上的电流来控制不同的负载。一旦向必须限制在 5mA 的基极引脚提供电流供应,晶体管就可以被偏置。  一旦该晶体管完全偏置,则它允许高达 800mA 的电流通过发射极和集电极端子提供,因此该阶段称为饱和区。VCE 或 VCB 上使用的典型电压相应为 20V 和 30V。  一旦在晶体管的基极端移除电流源,它将被关闭,因此这个阶段称为截止区域。  在S8050H NPN 晶体管中,电子是主要的电荷载流子,与空穴是主要电荷载流子的 PNP 晶体管不同  基极相对于发射极更正,集电极上的电压也必须比基极更正。  两个电流增益因素:共发射极电流增益和共基极电流增益对决定晶体管的特性起着至关重要的作用。  共发射极电流增益是集电极电流和基极电流之间的比率,这称为贝塔,用 β表示,通常在 20 到 1000 之间,但标准值取为 200。  同样,共基极电流增益是集电极电流和发射极电流之间的比率,它被称为阿尔法,用α表示,其值主要在0.95到0.99之间,但大多数时候它的值被取为1。  六、S8050H 可以用什么型号替换?  1、S8050H 替代品  MMBT4401、MMBT2222A、SS8050、MMBT5551、M8050  2、S8050H对管型号  S8550H、SS8550  注意:替换时请仔细比对参数,确保符合电路要求。  七、S8050H三极管如何工作的?  1、S8050H 三极管构成推挽放大器(B类放大器)  推挽放大器是一种多级放大器,常用于扬声器内的音频放大,该电路的设计非常简单,需要两个相等的互补晶体管才能工作。  互补意味着我们需要一个 NPN 晶体管及其等效的 PNP 晶体管。像这里的 NPN 晶体管将是S8050H ,其等效的 PNP 晶体管将是S8550H。使用 S8050H 的 B 类放大器的简单电路图如下所示。  2、S8050H 三极管作为开关  当 S8050H 三极管用作开关时,它工作在饱和区和截止区。  当我们向晶体管的基极提供电流时,它为集电极电流从基极流向发射极开辟了一条路径。在正向偏置期间,晶体管将充当打开开关,在反向偏置期间,它将充当闭合开关。  3、S8050H 三极管作为放大器  当处于活动区域时,S8050H 三极管作为放大器工作。S8050H 三极管具有放大功率、电压和电流的能力。  最流行和最常用的配置是共发射极类型, 输入总是施加在放大晶体管电路的正向偏置结上,类似地,可以通过晶体管的反向偏置结收集输出。  江西萨瑞微的S8050H三极管,以其卓越性能和多样化应用,成为电子工程师的得力助手。无论您是在设计放大器、开关电路还是LED驱动,S8050H都将是您的理想之选。
2025-08-01 14:06 reading:469
江西萨瑞微独家研发一种LDMOS场效应管及其制备方法
  江西萨瑞微独家研发一种LDMOS场效应管及其制备方法。  本发明涉及半导体器件设计领域,具体涉及一种LDMOS场效应管及其制备方法。  在当前半导体行业竞争日趋激烈的背景下,LDMOS场效应管因其在高压应用中的优越性能而受到广泛关注。本文将深入剖析一种LDMOS场效应管及其制备方法,旨在为半导体领域的专业人士和爱好者提供前沿的技术动态和实践指导。  01 背景技术  LDMOS场效应管,即横向扩散金属氧化物半导体器件。随着对击穿电压要求的提高,对LDMOS场效应管中场板要求也高。  现有的LDMOS场效应管,由于结构限制,场氧化层与浅氧化层的交界位置氧含量较低,导致生长速度慢,即降低了LDMOS器件的耐压水平。  目前,对该击穿点的优化通常是将场氧化层与浅氧化层共同形成的场板面积增大,提升场效应管的整体耐压水平,此举直接影响是场效应管的面积对应增加。这种改进,并未从根本上优化该击穿点。  02 发明内容  针对现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种LDMOS场效应管及其制备方法,方法步骤包括:  1、提供半导体衬底,对半导体衬底进行刻蚀以得到若干个沟槽区。  2、在沟槽区内形成介质层,使介质层覆盖于沟槽区的底面与侧壁。  3、对沟槽区内的介质层进行离子注入。注入成分包括碳离子与氢离子。  4、对离子改性层刻蚀,随着深度增加,该离子改性层的厚度递增,且顶部齐平于半导体衬底的表面。  5、采用热氧化工艺,按照第一热氧化条件,在沟槽区内的离子改性层之上形成浅氧化层,使浅氧化层的顶面低于介质层的顶面。  6、采用热氧化工艺,按照第二热氧化条件,在半导体衬底与浅氧化层之上沉积场氧化层,使场氧化层于沟槽区内的底面低于介质层的顶面,形成LDMOS场效应管的场板。  7、其中,第一热氧化条件与第二热氧化条件均包括温度条件、氧含量条件与氧流速条件。  有益效果  实现对LDMOS纵向耗尽的调节,进而提升LDMOS场效应管的BV水平。浅氧化层与场氧化层交界的附近位置并非尖角,能够有效的优化浅氧化层与场氧化层之间的薄弱击穿点,不再需要将场板加大,也就不需要被动的增加芯片面积,提升了LDMOS场效应管的耐压水平。  实验结果分析  在本发明中,通过降低介质层的倾斜角度,在其它参数不变的情况下,LDMOS场效应管的BV值具有一定的提升,而在介质层的倾斜角度相同、第一氧流速与第二氧流速更大的情况下,LDMOS场效应管的BV值更大;相反的,对比例中由于场氧化层与介质层无接触,即使在制备参数不变的情况下,其BV值也略有下降。  03 结论  综上,在本发明所示的LDMOS场效应管的制备过程中,通过降低介质层的倾斜角度,以及提升浅氧化层、场氧化层制备过程中的温度与氧流速,能够有效提升LDMOS场效应管的器件耐压。
2025-08-01 14:01 reading:395
江西萨瑞微推出500V-800V 平面栅VDMOS
  平面栅VDMOS 详细介绍  平面栅VDMOS(Vertical Double-Diffused Metal-Oxide-Semiconductor)是一种特殊类型的MOSFET,主要用于功率电子应用。它结合了平面栅(Planar Gate)和垂直扩散技术,以提高功率处理能力和开关效率。  结构特点  垂直结构:  与传统平面MOSFET不同,VDMOS的主要特点是其垂直结构,即电流沿垂直方向流动。这种设计使得器件能处理更高的功率。  双重扩散(Double-Diffused):  VDMOS的源极和漏极区域通过双重扩散工艺形成。这种工艺允许在较低的电压下获得较高的电流承载能力。  平面栅(Planar Gate):  栅极结构与传统的平面MOSFET类似,使用一层氧化物隔离栅极与半导体之间的直接接触。平面栅设计有助于控制沟道的导电性。  沟道(Channel):  栅极施加电压时,会在源极和漏极之间的半导体材料表面形成一个沟道,这个沟道是垂直于平面栅的。  工作原理  开关特性:  当栅极电压高于阈值电压时,VDMOS形成导电沟道,允许电流从源极流向漏极。垂直结构使其在高电压下仍能保持高开关效率。  功率处理:  由于其垂直结构,VDMOS能够承受较高的电压和电流,适用于高功率应用,如电源管理和电动汽车驱动系统。  萨瑞产品优势  产品概述及特点  Product Overview and Features  萨瑞微提供500V-800V 平面栅VDMOS 。产品采用业界优良的平面技术、独特的器件设计,并结合萨瑞自有封装优势,雪崩耐量高, EMI兼容性好, 抗冲击能力强。  产品应用领域  应用于开关电源、照明、充电器、适配器、 DC-DC、吹风机等。  产品选型  应用拓扑图及应用案例  吹风机  充电器/适配器
2025-07-21 16:19 reading:519
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RB751G-40T2R ROHM Semiconductor
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