電動(dòng)汽車、新能源、光伏、風(fēng)電等領(lǐng)域廣泛使用高功率開關(guān)電源功率模組。IGBT 和 MOSFET 是模組中常用器件。這些技術(shù)，以及為實(shí)現(xiàn)高達(dá) 1700 伏特電壓、1600 安培電流、溫度穩(wěn)定和低電磁輻射的復(fù)雜指標(biāo)帶來(lái)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。這是因?yàn)樾履茉串a(chǎn)品廣泛使用高功率開關(guān)電路，簡(jiǎn)稱電源功率模組。電源功率模組通常不是單一器件的封裝，而是多片 IGBT，或 MOSFET，以及二極管的電路組合。對(duì)這種多器件的模組，如果設(shè)計(jì)正確，高電壓、大電流、穩(wěn)定的溫度和低電磁輻射是可以實(shí)現(xiàn)的。其這四個(gè)維度的指標(biāo)在模組本身密度較大的情況成為設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)。如見(jiàn)圖1所示為電源功率模組四個(gè)維度的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)示意圖。
問(wèn)題的由來(lái):應(yīng)該說(shuō)電源功率模組包含多個(gè)轉(zhuǎn)換技術(shù)，而其中典型是DC-DC電源轉(zhuǎn)換,尤其是在降低數(shù)據(jù)中心能耗中的核心。數(shù)據(jù)中心平均每個(gè)機(jī)架使用3 kW到5 kW的功率來(lái)驅(qū)動(dòng)服務(wù)器、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)機(jī)架。人工智能(AI)、5G和大數(shù)據(jù)的采用，正在導(dǎo)致更多的智能，需更高的功率來(lái)驅(qū)動(dòng)服務(wù)器、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)機(jī)架。這是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)機(jī)架、服務(wù)器板上的空間非常寶貴，服務(wù)器特別是那些為執(zhí)行高端計(jì)算功能(如人工智能)而設(shè)計(jì)的服務(wù)器需要更多的功率，許多系統(tǒng)正在遷移到48 V配電電壓架構(gòu)，該架構(gòu)能夠顯著降低配電損耗并增加功率密度。由此采用高效的GaN FET和IC實(shí)現(xiàn)了新的48 V機(jī)架設(shè)計(jì)，減少了云數(shù)據(jù)中心的能源支出，降低了冷卻要求，提高了整體電力使用效率(PUE)。
據(jù)此，為實(shí)這些目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，值此本文將應(yīng)對(duì)電源功率模組完整設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)的相技術(shù)特征問(wèn)題作研討，并由此拓寬出以EGaN FET提高效率降低總成本的各類型DC-DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)方案為典例作分析說(shuō)明。
