電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/梁浩斌）上個(gè)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(shè)計(jì)，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(dá)97%，已經(jīng)滿足80PLUS標(biāo)準(zhǔn)最新的紅寶石等級(jí)認(rèn)證；PCBA尺寸僅185mm×69mm×37mm，功率密度達(dá)130W/in3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)此前行業(yè)中PSU功率密度達(dá)到100W/in3的目標(biāo)。


超高轉(zhuǎn)換效率帶來(lái)的是降低了數(shù)據(jù)中心能源損耗，同時(shí)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(gè)方面來(lái)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(qū)動(dòng) IC，在PSU方案中釋放GaN高頻低損耗的應(yīng)用潛力。

在結(jié)構(gòu)上，采用了無(wú)橋兩相交錯(cuò)圖騰柱PFC+隔離全橋LLC轉(zhuǎn)換器的組合拓?fù)?，無(wú)橋圖騰柱 PFC相比傳統(tǒng)有橋PFC，省去整流橋二極管，減少導(dǎo)通損耗；兩相交錯(cuò)設(shè)計(jì)降低輸入電流紋波，減小PFC電感尺寸（僅54mm×24mm×35mm），同時(shí)提升電流處理能力，適配4.2kW 大功率需求。

LLC諧振轉(zhuǎn)換器天然適合高頻、高效率應(yīng)用，結(jié)合GaN器件的高頻特性，進(jìn)一步壓縮變壓器體積，同時(shí)實(shí)現(xiàn)寬輸入電壓范圍內(nèi)的高效率轉(zhuǎn)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(dǎo)通電阻 35mΩ，無(wú)反向恢復(fù)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(kāi)關(guān)器件，快橋臂側(cè)重高頻開(kāi)關(guān)，因此該器件導(dǎo)通電阻稍大，為50，但柵極電荷Qg更低（12.5nC），開(kāi)關(guān)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(dǎo)通損耗。其導(dǎo)通電阻僅 3.9mΩ、脈沖電流達(dá) 260A，能高效匹配 LLC 輸出的 48V/87A 大電流需求。

而為了驅(qū)動(dòng)高頻開(kāi)關(guān)、柵極電壓范圍較窄的GaN HEMT，還需要專(zhuān)用的驅(qū)動(dòng)IC來(lái)提供精準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)器，除了提供精準(zhǔn)穩(wěn)定的電壓輸出、高頻相應(yīng)匹配之外，AHV85110的自供電功能是實(shí)現(xiàn)高功率密度的關(guān)鍵。

AHV85110通過(guò)集成偏置電源，無(wú)需額外設(shè)計(jì)獨(dú)立的隔離 DC-DC 電源、自舉電容等，無(wú)源元件減少 80%、系統(tǒng)級(jí)元件總數(shù)降低 15%，進(jìn)一步壓縮 PCB 驅(qū)動(dòng)回路布局空間。共模電容是高頻開(kāi)關(guān)時(shí)共模噪聲傳導(dǎo)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(lái)的共模噪聲耦合，配合方案中 PFC EMC schematic的濾波設(shè)計(jì)，無(wú)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(shè)計(jì)，便于與頂部散熱或雙面散熱的功率封裝無(wú)縫配合，從而實(shí)現(xiàn)更優(yōu)異的系統(tǒng)級(jí)熱設(shè)計(jì)性能。

在無(wú)源器件方面，在該方案上也作出了針對(duì)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(jí)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(jié)：

該P(yáng)SU方案采用全GaN方案+高集成驅(qū)動(dòng)IC+無(wú)源器件體積優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了97%峰值效率和130W/in3的功率密度。同時(shí)英諾賽科提供完整原理圖、PCB布局、BOM清單及測(cè)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。