混合TCM CCM控制策略的TTP PFC在高功率服务器电源的革新.pdf

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1、大功率大功率AI服务器服务器PSU的革新的革新：TCM/CCM混合控制混合控制模式在交错模式在交错TTP PFC中的中的优势优势Erin WANG议程1背景2混合式TCM/CCM介绍3在交错式TTP PFC中实现4总结2背景背景AI服务器PSU的发展趋势4功率功率需求增加需求增加效率和能耗管理效率和能耗管理功率密度的提升功率密度的提升先进的控制策略先进的控制策略模块化和可扩展性模块化和可扩展性增强的冷却和热管理增强的冷却和热管理冗余和可靠性冗余和可靠性由于AI服务器的应用，到2025年，单个PSU的功率水平将上升到5.58 kW。GaN 和SiC器件是提高效率的最佳解决方案。为了支持48V的G

2、PU，将PSU的输出从12V改为48/54V，并成为市场的主流。ASUS:ESC-N8-E11（AI服务器）服务器）ASUS:RS700-E11-RS12U（服务器）（服务器）AI服务器的电源要求52x1600W PSU（1+1冗余）6x3000W PSU（4+2冗余）NVIDIAHGX H100(700 W)x 8为了支持为了支持GPU，AI服务器服务器的电源的电源需要比传统服务器电源高需要比传统服务器电源高310倍的功率倍的功率5.5 kW AI服务器电源的拓扑结构6交错式混合模式图腾柱PFC99.2%3相LLC99.0%关键关键规格规格：全数字AC-DC电源输入AC电压：180-305

3、VAC输入AC频率：47-63 HzDC输出电压：48-50 Vdc峰值效率：在230、240、277 Vac和30-100%负载时为97.5%在208 Vac和30-100%负载时为96.5%最低效率：在230、240、277 Vac和30-100%负载下为96.5%在208 Vac和30-100%负载时为95.5%功率因数 100%负载下 0.9800%负载时iTHD5%外形尺寸：73.5 x 640 x 40 mm功率密度高达50 W/inch峰值浪涌电流30 A负负载载8 kW AI服务器电源的拓扑结构7输出功率：8 kW峰值效率：97.5%更高的功率密度62 W/in373.5 x

4、720 x 40 mm负负载载PFCST P/NVds,max(V)RDS(on)(m)封装封装快支路SCT040TO65G365055(Max)TOLL慢支路Si MOS650预期15m，越低越好TOLLSiC FET驱动器STGAP2SICS1200-SO-8Si FET驱动器STGAP2S1200-SO-8DC-DCST P/NVds,max(V)RDS(on)(m)封装封装Si FETSTO60N045DM960065（最大值）TOLLSi FET驱动器STGAP2HS-SO-8WSi FETSi MOS80 V预期1.5m，越低越好PF5*6或PF8*840 mm混合式TCM/CCM

5、介绍主要特性主要特性无桥配置和同步整流提高了效率最小组件数量CCM中需要WBG晶体管图腾柱无桥图腾柱无桥PFC升压整流器升压整流器三通道交错式配置图腾柱无桥图腾柱无桥PFC升压整流器升压整流器单通道配置交错（和相屏蔽）的主要优势交错（和相屏蔽）的主要优势平坦的效率曲线轻载效率提高EMI滤波器和电感器体积减小降低了输出电容RMS电流更出色的热管理图腾柱PFC结构9PFC中的控制策略104种控制策略种控制策略 CCM：电流连续模式；DCM：电流断续模式；CRM：临界导通模式；TCM：三角电流模式,特征特征三角电流模式三角电流模式(TCM)连续电流模式连续电流模式(CCM)开关频率变频固定频率电流波

6、形三角形连续开关损耗低高电磁干扰(EMI)低高控制复杂性高低适用功率范围轻负载高功率电流波纹高低合适的应用轻载，效率高高功率，高稳定性TCM和CCM效率比较基于计算11230 V,CCM 99.03%vs TCM 99.11%176 V,CCM 97.47%vs TCM 97.2%混合控制模式交错图腾柱PFC12效率POUTTM TTP CCM TTP99.0%99.2%估计峰值效率98.6%5.5kW为大规模生产提供更多的为大规模生产提供更多的设计余量设计余量关键设计参数关键设计参数开关频率范围：30-150 kHz限制1）输入电压：180-305 V