開放計算項目 (OCP) 由 Facebook 發(fā)起，旨在通過在感興趣的公司之間公開共享數據中心解決方案和構建模塊來減少超大規(guī)模數據中心的 OPEX 和 CAPEX。Google 于 2016 年加入 OCP，Bel Power Solutions自 OCP 開始以來一直提供符合 OCP 的電源解決方案。

隨著云數據中心開始朝著物聯網、5G、智能家居、智能城市、自動駕駛汽車部署的預期快速增長，谷歌、Facebook 和其他此類公司正試圖擠壓盡可能多的設備機架他們可以進入這些新的云數據中心。新的解決方案正在出現，尤其是在電源管理領域。最近引起我注意的其中一個解決方案是 Bel Power 的TET3000，這是一種基于 GaN、DSP 控制、3000W AC-DC、PFC 校正的 DC-DC 電源，在設計中使用了Transphorm的TPH3205WSB、650V Cascode GaN FET。

我最近與 Transphorm 的首席運營官 Primit Parikh 和 Bel Power Solution 的首席技術官 Alain Chapuis 進行了交談，以深入了解在 TET3000(基于 GaN 的 AC-DC)中開發(fā)新電源設計架構的協(xié)同努力電源使用圖騰柱功率因數校正拓撲。

超越鈦

我們討論了效率為 96% 的鈦金屬電源，這是這里所需要的，但未來我們需要超越這一點，即將推出 48V 解決方案。

PFC 拓撲的最新歷史

通過與 Parikh 和 Chapuis 的討論，我獲得了關于功率因數校正 (PFC) 近期發(fā)展的重要歷史教訓。我們在使用 SiC 二極管橋和在連續(xù)電流模式 (CCM) 下運行的硅開關架構的經典 PFC 級中開始時的效率為 98.2%。這種設計的 SiC 電橋中存在兩個二極管的壓降損耗。由于紋波電流有限，可以看到平均 EMC 性能。

接下來，我們繼續(xù)改進了效率為 98.8% 的 PFC 設計，其中有一個由硅功率 MOSFET 組成的有源橋;這種架構有助于通過使用這種較低 R DSON解決方案來消除橋式整流器壓降損耗 。缺點是需要高于正常電壓的 FET 來處理電壓浪涌。

討論了使用硅 MOSFET 和零電壓開關 (ZVS) 的 99% 效率圖騰柱 PFC 級設計作為改進的下一步。在這里，我們仍然有高峰值電流，這會導致高傳導損耗，并且需要更大的硅 MOSFET，這會限制這種架構的更高功率能力。這種類型的設計需要在臨界導通模式下運行，因為高邊開關無法在負載下切換。噪聲在這里是個問題，因為我們需要用于鋸齒波形的濾波器;我們在這里也失去了效率。要使功率水平超過 750W，需要采用多相方法，但開關頻率的同步可能會導致更高的循環(huán)電流。Bel Power 在 2011 年展示了這種架構。

最后，我們將之前圖騰柱架構中的硅 MOSFET 替換為高速半橋中的 GaN FET。硅 MOSFET 仍用于橋的低速半部分。我們使用連續(xù)導通模式，在開關/二極管中不會出現少數載流子問題，從而實現單相 3 kW 設計，效率為 99.1%。這是 Bel Power TET3000-12-069RA 中的電源設計架構。

與之前的功率元件相比，GaN FET 具有許多優(yōu)勢，例如 52 mΩ 的低 R DSON 、更低的寄生電容、150A 的高峰值電流、低電壓降等。

TET3000 之所以重要有幾個原因，其中最重要的是它再次證明了人們對高壓 (HV) GaN 作為下一代功率半導體解決方案的信心不斷增強。

效率

圖騰柱 PFC 級有一項正在申請專利的電流傳感技術，并且在大約 0.5% 的設計余量下實現了出色的鈦效率。

TET3000-12-069RA 架構和框圖

TET3000-12-069RA 采用 DSP 控制的高效前端電源。它使用諧振軟開關技術和交錯式動力系統(tǒng)來降低組件應力，從而提高系統(tǒng)可靠性和非常高的效率。

該設計具有較寬的輸入工作電壓范圍和輸出功率相對于環(huán)境溫度的最小線性降額，并且采用風扇冷卻，適用于具有匹配氣流路徑的服務器集成。

PFC 級使用最先進的數字信號處理算法進行數字控制，以確保在較寬的工作范圍內實現最佳效率和單位功率因數。

DC-DC 級使用軟開關諧振技術和同步整流。輸出端的有源 OR-ing 器件可確保沒有反向負載電流，并使電源非常適合在冗余電源系統(tǒng)中運行。始終開啟的 +12V 待機輸出為外部配電和管理控制器供電。它采用有源 OR-ing 裝置提供保護，可提供最大的可靠性。

可以通過具有 PMBus 協(xié)議的I 2 C 通信接口監(jiān)控和控制電源(即風扇速度設定值) 。它允許對電源進行全面監(jiān)控，包括輸入和輸出電壓、電流、功率和內部溫度。相同的 I 2 C 總線支持引導加載程序，以允許對 DSP 控制器中的固件進行現場更新。

冷卻由風扇管理，由 DSP 控制器控制。風扇速度會根據實際電源需求和電源溫度自動調整，并可通過 I 2 C 總線覆蓋。

隨著我們向云服務器、5G 和物聯網邁進，將這種 Bel Power 圖騰柱 PFC 架構與 Transphorm 的 Cascode GaN FET 功率元件相結合的藝術是朝著電力電子的激動人心的未來邁出的又一步，達到了新的高度。

隨著我們在電子技術的新千年中前進，我希望看到更多令人興奮的組件和設計架構創(chuàng)新。