電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/梁浩斌）上個月，英諾賽科和Allergro聯(lián)合推出了一款4.2kW的全GaN數(shù)據(jù)中心PSU參考設計，整體數(shù)據(jù)非常亮眼，在 230Vac 輸入、48V/30A 輸出條件下，峰值效率達97%，已經(jīng)滿足80PLUS標準最新的紅寶石等級認證；PCBA尺寸僅185mm×69mm×37mm，功率密度達130W/in3，遠遠超過此前行業(yè)中PSU功率密度達到100W/in3的目標。


超高轉換效率帶來的是降低了數(shù)據(jù)中心能源損耗，同時也意味著散熱壓力降低，從能源損耗、散熱系統(tǒng)上消耗的能源這兩個方面來降低數(shù)據(jù)中心能耗。

這套方案采用了英諾賽科650V 和150V 高性能GaN器件為核心，搭配Allegro AHV85110 柵極驅動 IC，在PSU方案中釋放GaN高頻低損耗的應用潛力。

在結構上，采用了無橋兩相交錯圖騰柱PFC+隔離全橋LLC轉換器的組合拓撲，無橋圖騰柱 PFC相比傳統(tǒng)有橋PFC，省去整流橋二極管，減少導通損耗；兩相交錯設計降低輸入電流紋波，減小PFC電感尺寸（僅54mm×24mm×35mm），同時提升電流處理能力，適配4.2kW 大功率需求。

LLC諧振轉換器天然適合高頻、高效率應用，結合GaN器件的高頻特性，進一步壓縮變壓器體積，同時實現(xiàn)寬輸入電壓范圍內的高效率轉換。

其中，在LLC半橋和PFC慢橋臂中采用了英諾賽科INN650TA030CS，這是一款耐壓 650V 的GaN HEMT、導通電阻 35mΩ，無反向恢復電荷（Qrr=0），適配 LLC 175kHz、PFC 60kHz高頻工況。

PFC 快橋臂中采用了INN650TA050AH作為核心開關器件，快橋臂側重高頻開關，因此該器件導通電阻稍大，為50，但柵極電荷Qg更低（12.5nC），開關損耗更低。

在LLC同步整流主功率回路中，采用了150V GaN HEMT（INN150EQ032A）替代傳統(tǒng)二極管整流，降低導通損耗。其導通電阻僅 3.9mΩ、脈沖電流達 260A，能高效匹配 LLC 輸出的 48V/87A 大電流需求。

而為了驅動高頻開關、柵極電壓范圍較窄的GaN HEMT，還需要專用的驅動IC來提供精準的驅動電壓。在該4.2kW PSU方案中，采用了Allegro的HV85110 隔離式自供電柵極驅動器，除了提供精準穩(wěn)定的電壓輸出、高頻相應匹配之外，AHV85110的自供電功能是實現(xiàn)高功率密度的關鍵。

AHV85110通過集成偏置電源，無需額外設計獨立的隔離 DC-DC 電源、自舉電容等，無源元件減少 80%、系統(tǒng)級元件總數(shù)降低 15%，進一步壓縮 PCB 驅動回路布局空間。共模電容是高頻開關時共模噪聲傳導的主要路徑，其2.2pF 的超低值大幅削弱了PFC/LLC 環(huán)節(jié)高 dv/dt帶來的共模噪聲耦合，配合方案中 PFC EMC schematic的濾波設計，無需額外增加 EMI 濾波元件即可滿足合規(guī)要求，既降低了物料成本，又避免了濾波元件占用 PCB 空間。

另外，AHV85110采用了超薄封裝設計，便于與頂部散熱或雙面散熱的功率封裝無縫配合，從而實現(xiàn)更優(yōu)異的系統(tǒng)級熱設計性能。

在無源器件方面，在該方案上也作出了針對性的優(yōu)化。例如PFC用到的電感尺寸僅為54mm×24mm×35mm，相比同功率等級的傳統(tǒng)電感體積縮小40%以上，幫助提高PCBA模塊功率密度。


小結：

該PSU方案采用全GaN方案+高集成驅動IC+無源器件體積優(yōu)化，實現(xiàn)了97%峰值效率和130W/in3的功率密度。同時英諾賽科提供完整原理圖、PCB布局、BOM清單及測試指南，便于電源廠商快速落地，加速GaN在數(shù)據(jù)中心PSU上的滲透。