當(dāng)轉(zhuǎn)換效率提升到99%以上，數(shù)據(jù)中心會發(fā)生什么？
近日，中國首座百米超高層數(shù)據(jù)中心——深圳前海信息樞紐大廈完成竣工驗收，將集成大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等新概念，構(gòu)建智慧城市的數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)整合、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)安全等技術(shù)基礎(chǔ)。該數(shù)據(jù)中心在能耗控制、低碳發(fā)展等方面進行了大膽創(chuàng)新和實踐，例如項目貫徹全封閉式“保溫箱”設(shè)計理念，將機房功能布置在建筑平面的中心部位，實現(xiàn)建筑節(jié)能；地下空間附建集中供冷站，提高能源利用率等。
其實，數(shù)據(jù)中心的能源利用一直是“老大難”問題。研究表明，空調(diào)系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心提高能源效率的重點環(huán)節(jié)，因為它所產(chǎn)生的功耗約占數(shù)據(jù)中心總功耗的40%以上。除了優(yōu)化散熱設(shè)計（如采用液冷散熱設(shè)計），若能進一步提高數(shù)據(jù)中心、服務(wù)器的電源系統(tǒng)能效，就能減少設(shè)備機組的發(fā)熱量，減少空調(diào)系統(tǒng)的功率，降低數(shù)據(jù)中心的PUE值（Power Usage Effectiveness）。
為了節(jié)省能源，減少能耗，服務(wù)器電源行業(yè)對整機效率的要求在逐步提高，如早期的80PLUS白金電源要求50%負載效率達到94%，近年又提出了80PLUS鈦金電源，其要求提升到了50%負載效率達到96%。傳統(tǒng)的Si基SJ MOSFET器件需要在電源拓撲結(jié)構(gòu)和功率器件選型上付出很大代價才有可能實現(xiàn)，這樣的方案設(shè)計難度和調(diào)試難度也會非常大。為了突破能效轉(zhuǎn)換的“天花板”，以SiC、GaN為代表的第三代功率半導(dǎo)體正是當(dāng)下破題的關(guān)鍵！
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?對比硅器件，在數(shù)據(jù)中心、服務(wù)器電源中使用SiC功率器件不僅可以提高電源轉(zhuǎn)換效率，還有諸多好處，包括：
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注：PUE是評價數(shù)據(jù)中心能源效率的指標(biāo)，是數(shù)據(jù)中心消耗的所有能源與IT負載使用的能源之比；它的基準(zhǔn)是2，越接近1表明能效水平越好。
向99%轉(zhuǎn)換效率邁進 在知名媒體“行家說三代半”主辦的『2023碳化硅&氮化鎵產(chǎn)業(yè)高峰論壇』上，Qorvo高級應(yīng)用工程師周虎分享道：“以大型數(shù)據(jù)中心為例，若把電源系統(tǒng)的硅功率器件全部替換為碳化硅（SiC），就能帶來0.8個百分點的整體能效提升。同時，使用SiC功率器件可以在每瓦時用電量上節(jié)約0.05美元的成本，按照100兆瓦規(guī)模的數(shù)據(jù)中心、運行十年時間來估算，可以節(jié)省多達700萬美元的運營支出。”
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?對比硅器件，在數(shù)據(jù)中心、服務(wù)器電源中使用SiC功率器件不僅可以提高電源轉(zhuǎn)換效率，還有諸多好處，包括：
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高功率密度 - SiC和Si在相同輸出功率下，SiC電源方案可以采用更高開關(guān)頻率，因此體積更??；或者說相同體積下，SiC電源方案可以提供更高的輸出功率。以數(shù)據(jù)中心運營者的角度，購買更少的電源模塊、即可滿足功率需求，而且部署所占用的空間也更小。
- 減少被動元器件的體積- 在相同的電路中，SiC方案的拓撲可以比Si方案更加簡約，且可以采用更高的開關(guān)頻率。這樣可以減少元器件的數(shù)量、降低拓撲的復(fù)雜度，或者減少感量/容量，降低BOM成本，也減小了體積。
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自動化裝配 - SiC方案的體積更小、更緊湊。以電源生產(chǎn)商的角度，采用SMT生產(chǎn)線的自動化裝配方式，有助于提高電源產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和穩(wěn)定性，降低人工成本。
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更好的可靠性- SiC耐壓強度高、熱傳導(dǎo)率高、且開關(guān)速度快、可用于開關(guān)頻率高的應(yīng)用。在相同封裝、相同工況下，SiC器件的芯片溫度比Si器件更容易控制，這也相應(yīng)提高了產(chǎn)品的可靠性等。
在下圖的參考設(shè)計中，基于Qorvo 750V SiC FET的3.6kW圖騰柱無橋PFC方案可實現(xiàn)最高99.37%的轉(zhuǎn)換效率，整體尺寸僅為260 x 102 x 60 mm3，具備重量輕、體積小、高功率密度等優(yōu)點，可以輕松打造符合80PLUS鈦金電源規(guī)范的高性能產(chǎn)品方案。
Qorvo SiC電源方案布局 Yole Development預(yù)測，SiC功率器件的全球市場規(guī)模有望從2021年的10.9億美元，增長至2027年的62.97億美元，年復(fù)合增長率預(yù)計達到34%。 隨著碳化硅材料的興起，Qorvo SiC產(chǎn)品擁有超過20年技術(shù)沉淀的優(yōu)勢正在加速市場轉(zhuǎn)化，幫助客戶獲得商業(yè)成功。周虎表示：“Qorvo攜手產(chǎn)業(yè)鏈合作伙伴，長期聚焦汽車、電池充電、IT基礎(chǔ)設(shè)施、可再生能源、電路保護等領(lǐng)域的SiC創(chuàng)新應(yīng)用，把握功率半導(dǎo)體技術(shù)的大趨勢，在雙碳的發(fā)展背景下，助力實現(xiàn)節(jié)能減排的最終目標(biāo)?！?/span>
Qorvo SiC產(chǎn)品系列包括650V/1200V/1700V的SiC二極管、650V/750V/1200V/1700V的SiC JFETs和FETs（采用獨特的Cascode架構(gòu)），擁有業(yè)界同類產(chǎn)品中最低的導(dǎo)通電阻和最佳的開關(guān)品質(zhì)因數(shù)，兼容符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的柵極驅(qū)動器，且大多數(shù)已通過AEC-Q101車規(guī)級認(rèn)證。了解更多Cascode架構(gòu)的技術(shù)特性，歡迎點擊往期推文《能效轉(zhuǎn)換節(jié)節(jié)高，不一般的Qorvo SiC FET是怎樣煉成的？》~
行家極光獎
在『2023碳化硅&氮化鎵產(chǎn)業(yè)高峰論壇』同期的“行家極光獎”頒獎典禮上，Qorvo750V第四代SiC FET榮獲【年度優(yōu)秀產(chǎn)品獎】，以表彰Qorvo在SiC技術(shù)創(chuàng)新方面的實踐與突破！
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?Qorvo高級銷售經(jīng)理Jacbo Li代表公司領(lǐng)獎
歡呼撒花，再接再厲！??ヽ(°▽°)ノ?
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