当AI服务器机架功率从50kW向250kW以上攀升，数据中心供电架构正在经历一场从拓扑到器件的系统性重构——单相PSU的5.5kW已是过去式，三相高压直流的30kW正在成为新基准，而±400/800V母线正在取代沿用多年的50V配电。英飞凌这份白皮书，完整勾勒了AI供电架构从第一代到第二代的技术跃迁路径。
AI负载驱动的功率需求变革
AI应用的持续演进正在从根本上改变数据中心的供电需求。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。但随着AI算力需求的持续增长，这一架构正逼近其物理极限。
第一代AI PSU——架构不变，功率跃升
第一代AI服务器PSU主要遵循ORv3-HPR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、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。
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AI PSU——三相输入与高压直流输出
当单机架功率突破250kW后，原有机架空间已无法同时容纳供电和计算单元，供电架构必须进行根本性变革。第二代AI PSU的核心变革体现在两个维度：输入从单相升级为三相，以提升功率密度并优化成本；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。
两种实现路径分别是：将高压直流到50V的转换电路部署在计算机架侧边的DC-DC转换架中（沿用现有50V服务器基础设施），或直接集成至服务器托盘内部。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，每路LLC均跨接在约860V的全母线电压两端，初级侧使用CoolSiC™ MOSFET 1200V。另一种方案是利用PFC输出的分裂电容，将两路LLC串联连接，初级侧采用CoolGaN™或CoolSiC™ 650V晶体管。
宽禁带半导体的价值——三种技术的融合
AI PSU的功率跃升对半导体器件提出了前所未有的要求。宽禁带半导体——尤其是CoolGaN™和CoolSiC™——正成为应对这一挑战的关键使能技术。
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——更高的开关频率意味着更宽的控制环路带宽。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，尤其在LLC软开关拓扑中极低的输出电容电荷大幅降低了零电压开关的实现门槛。
400V CoolSiC™ MOSFET在三电平飞跨电容图腾柱PFC中展现出极致效率。其近乎平坦的导通电阻-结温特性（100°C时仅比25°C时高出11%）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。该方案峰值效率超过99.3%，满载效率高于99.15%。
650V和1200V CoolSiC™ MOSFET在三相高压直流PSU中发挥关键作用。数据显示，CoolSiC™ MOSFET的开关能耗显著低于竞品器件，直接减少PFC级和LLC级的损耗。
AI服务器电源架构的演进正在加速。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。在这场功率密度与效率的竞赛中，硅、碳化硅、氮化镓三种技术的融合配置，正在成为应对AI供电挑战的最优解。
