宽禁带（WBG）半导体（例如，CoolGaN™[2]）能够在更高的开关频率下，实现最佳效率，使转换器在不影响转换效率的前提下，实现更高的功率密度，因此，成为AI PSU的理想选择。
除了AI PSU的额定功率显著增加外，GPU在运行时还会拉动更高的峰值功率，并产生高负载瞬变（见图7）。因此，DC-DC级的输出必须具有足够的动态响应能力，同时需确保电压的过冲和下冲保持在规定的范围内。通过提升开关频率，并增加控制环路带宽，可以提高DC-DC级的输出动态响应能力。
图7 AI GPU所需的AI PSU峰值功率
▴ 400V CoolSiC™ MOSFET可在3-L飞电容图腾柱PFC中实现最高效率
使用 CoolSiC™ MOSFET 400V的三电平级飞跨电容图腾柱PFC（3-L FCTP PFC）不仅能够实现更高的交流输入电压（见第2.2节），且相较CoolSiC™ 650V和750V参考器件，其品质因数（FoM）更佳，因此还能提供显著的功率密度和效率优势。经过优化的电感器设计（包括尺寸、材料和绕组）和3L拓扑结构中的RDS(on)选择，结合更低的开关损耗，能够实现平缓的效率曲线：峰值效率超过99.3%，满载效率超过99.15% （见图8）。
图8 效率对比：3-L FCTP PFC与2-L TP PFC
结论
了满足数据中心对AI应用的需求，新一轮技术角逐已经启动，推动了机架和PSU的电力需求大幅增长。其中，AI PSU的功率需求已经从3-5.5kW，提升到8-12kW（单相）和高达22kW（三相）。这种需求给数据中心运营商带来了新的挑战，即如何优化数据中心的空间和电力的效率和利用率。应对这些挑战需要采用新的机架架构和AC-DC配电配置，使得基于CoolSiC™和CoolGaN™的设计处于PSU设计的前沿，致力于实现最佳效率和功率密度。
此外，新的宽禁带器件在新型拓扑结构中也展现了极佳的性价比，例如，在三电平飞跨电容图腾柱PFC中采用400V CoolSiC™ MOSFET，或在三相Vienna PFC中使用650V CoolGaN™ BDS（详见前文）。
总而言之，英飞凌的功率器件技术组合（硅、碳化硅和氮化镓）和经过优化的栅极驱动IC产品组合，通过混合应用，为当前和下一代平台及趋势的发展提供了支持。这些组合充分利用了三种技术的优势，使PSU设计实现了最佳灵活性，并在效率、功率密度和系统成本之间达成平衡。此外，英飞凌还率先推出了全球首项300毫米氮化镓功率半导体等先进技术，进一步推动了文章[10]中所述的未来设计发展。
