AI服务器机架功率正在从数十千瓦向兆瓦级跨越——这一趋势正在倒逼数据中心PSU（电源供应单元）的功率等级快速刷新。从5.5kW到12kW再到30kW，每一代PSU的功率跃升都在考验着电源架构的极限。英飞凌这份白皮书，从拓扑选择到器件选型，完整呈现了数据中心PSU功率升级的技术路线图。
PSU功率升级的驱动力——AI负载的功耗黑洞
AI应用的持续演进正在从根本上改变数据中心的功耗格局。GPU不仅拉高峰值功率，更会产生剧烈的负载瞬态变化。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。当前，每个供电架由三相交流输入供电，内部集成多个PSU模块，而每个PSU模块本身为单相交流输入。机架最终输出直流电压（以50V为典型），汇入母线排，母线排同时连接IT负载架和电池备份架。
当前这一代架构采用的是5.5kW ORv3-HPR PSU，可替换为12kW 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12kW PSU模块，单机架总功率可达288kW。但这一架构正逼近其物理极限——当单机架功率突破250kW后，必须寻求根本性的架构变革。
第一代PSU——5.5-12kW，架构不变功率跃升
第一代AI服务器PSU主要遵循ORv3-HPR标准。该标准在输入输出电压、效率等核心指标上与前代ORv3 3kW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：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400-480Vac），但单台PSU本身仍为单相输入（230-277V）。PFC级通常采用两电平图腾柱拓扑——快管使用CoolSiC™ MOSFET 650V，慢管则搭配CoolMOS™ MOSFET 600V。作为进阶性能方案，亦可选用基于CoolSiC™ MOSFET 400V的三电平飞跨电容图腾柱PFC，凭借多电平拓扑的倍频效应实现更高的效率和功率密度。
DC-DC级可采用多种LLC拓扑形态（半桥、全桥或三相LLC），搭配CoolSiC™或CoolGaN™ 650V晶体管；次级侧的全桥整流和ORing电路则采用OptiMOS™ 80V或CoolGaN™晶体管。三相LLC拓扑因增加了第三个开关半桥而具备更高功率输出能力，同时可实现输出电流纹波抵消，并利用三个开关半桥的固有耦合实现自动均流。
第二代PSU——18-30kW，三相高压直流
当单机架功率突破250kW后，PSU功率升级必须伴随架构变革。第二代AI PSU的核心变革体现在：输入从单相升级为三相以提升功率密度和优化成本；输出电压从50V提升至±400/800V以降低母线电流、减少损耗并节约成本。
架构层面，供电单元与计算机架分离成为必然选择。电源侧柜集成PSU、电池备份单元和电容模组单元，单个电源模块功率可达30kW，使机架功率可扩展至1MW。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50V。
PFC级采用维也纳整流器——其核心优势在于分裂母线电压设计，支持CoolSiC™ MOSFET 650V背靠背应用；输入二极管选用CoolSiC™ 1200V二极管。作为进阶选择，T型拓扑将输入侧二极管替换为CoolSiC™ MOSFET 1200V，通过降低导通损耗实现更高效率。LLC级可配置为两路交错或两路级联的形式，在交错并联方案中初级侧使用CoolSiC™ MOSFET 1200V；串联方案中初级侧采用CoolGaN™或CoolSiC™ 650V晶体管。
宽禁带半导体——PSU功率升级的关键使能技术
PSU功率等级的每一次跃升，都对半导体器件提出了更高的要求。宽禁带半导体——尤其是CoolGaN™和CoolSiC™——正在成为应对这一挑战的关键。
CoolGaN™的核心价值在于可在更高开关频率下保持极致效率，从而在不牺牲转换效率的前提下实现更高功率密度的变换器设计。AI GPU剧烈的负载瞬态变化要求DC-DC级具备足够的动态响应能力，提升开关频率是增强动态响应的有效路径。CoolGaN™在硅、碳化硅、氮化镓三类器件中拥有显著更优的优值系数和最低的开关损耗。
400V CoolSiC™ MOSFET在三电平飞跨电容图腾柱PFC中峰值效率超过99.3%，满载效率高于99.15%。其近乎平坦的导通电阻-结温特性使设计者可选用标称导通电阻更高的器件，在成本与开关性能之间实现更优平衡。650V和1200V CoolSiC™ MOSFET在三相高压直流PSU中开关能耗显著低于竞品器件，直接减少PFC级和LLC级的损耗。
数据中心PSU的功率升级正在加速——从5.5kW到12kW再到30kW，从单相到三相，从50V到±400/800V。每一次跃升都在重新定义电源设计的边界，而宽禁带半导体正是跨越这些边界的关键技术杠杆。
