如何提升大功率服务器电源输出效率,使用屏蔽栅沟槽MOSFET AK1G4N009GAL高效转换方案

2024-07-27 瑶芯微
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大功率服务器电源的输出效率是衡量其性能的重要指标之一,它直接关系到电源系统的能耗和散热问题。在大功率服务器电源的设计中,通常会使用高性能的功率MOSFET作为关键的功率转换器件。而屏蔽栅沟槽MOSFET(Shielded Gate Trench MOSFET, SGT MOSFET)因其低导通电阻、快速开关速度、较大的安全工作区以及小型化封装等优势,被广泛应用于提高电源系统的效率和功率密度。

据相关数据统计显示,大功率服务器电源市场处于蓬勃发展阶段,全球服务器电源市场规模由2020年的146.4亿元增长至2022年的224.3亿元,并在2024年有望达近300亿元。


针对大功率服务器电源市场,瑶芯屏蔽栅沟槽MOSFET AK1G4N009GAL可用于元器件一级的解决方案,该产品在传统Mosfet管基础上进行改良,提升电源转换效率,从而更加适配服务器电源设计需求。屏蔽栅沟槽MOSFET AK1G4N009GAL主要改进工艺是在栅电极下方增加一块多晶硅电极,即屏蔽电极,该电极与源电极相连,实现了屏蔽栅极与漂移区的作用,减小了米勒电容,在提高器件开关速度的同时实现电源耦合,减小漂移区临界电场强度,在产品特性上表现为导通电阻更小,开关损耗降低,Mosfet管转换效率得到提升。

AK1G4N009GAL的主要参数

低通态电阻特性,提高快速开关速度

大功率服务器电源属于耗电设备,提高功率转换效率可有效节能。由于AK1G4N009GAL具备低通态电阻特性(见图1),其在VGS=10V, ID=50A时,其典型值低至0.65mΩ,最大值也仅为0.9mΩ;在VGS=4.5V, ID=50A时,其典型值低至1.25mΩ,最大值也仅为1.6mΩ;同时器件也具备快速导通、关断特性(见图2),其在VDD = 20 V , RL = 1 Ω,VGS = 10 V, RG = 1.1 Ω时,其导通时间仅需15nS,而关断时间仅为39nS。从以上指标来看,低通态阻抗优化了屏蔽栅沟槽MOSFET AK1G4N009GAL在开通关断上的表现,提高输出功率占比,进而改善转换效率。据官方测试数据显示,在800W服务器电源上,屏蔽栅沟槽MOSFET AK1G4N009GAL相对之前产品,效率优化0.5%以上。

图1

图2

较大的安全工作温度区域

服务器电源属于功率应用密集场合,对整机内的元器件工作稳定性要求高。而屏蔽栅沟槽MOSFET AK1G4N009GAL属于宽温度范围器件,其结温为-55℃~+150℃,可以满足服务器长时间稳定运行的要求。而做到这一点是由于元器件自身损耗小,发热量小,其结壳之间的热阻为1.25℃/W,对比结到环境45℃/W的热阻来说差异巨大,证明其自身损耗低,因此具备更好的工作温度适应能力,可为厂家在散热方面降本增效提供空间,使AK1G4N009GAL更好地满足服务器电源现场应用。

小型化封装,更优散热性能

从服务器电源应用场景分析,电源设备部署在机房,在需要扩容的情况下要布置更多设备,这就提出了小型化和散热的要求。AK1G4N009GAL采用PDFN5X6封装,该封装支持小型化设计,由于其没有引脚,能够实现更加紧凑的布局,减少设备体积。相较于引脚式封装,在结构上其管脚紧贴PCB板,散热表现更佳,同时这种封装在PCB板上更加节省空间,在产品设计上更利于小型化设计,散热性能相较于带引脚的贴装器件更具优势。

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瑶芯微(ALKAIDSEMI)功率器件产品选型指南

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型号- AKT4050K,AKS65N1K8FM,AKT3B165GL,AKCK2M080WAMH-A,AKS60N680LMF,AKG10N077GM,AKCK2M040WAMH-A,AKC65D008PAHH,AKG85N050P,AKT4050G,AKBK2A040WHH,AKG10N077GL,AKT20P50Q,AKBK2A040WHM,AKT1A024MBU,AKT30P35K,AK1K2FRD51,AKG85N050D,AKG6N200KL,AKT20P75CG,AKG3N007GL,AKT15P230EL,AKG4N012GM,AKG4N007TL,AKG4N007TM,AKT30P35G,AKT2A165EAU,AKT7002,AKT3070Q,AKCK7M1M0WMH,AKG4N068GL-A,AKG15N110PM,AKT4P135GM-A,AKT3075CQ,AKS65N3K6FAM,AKC65D010DHH,AKT2N105SU,AKT30P10S,AKT3B350GL,AKT4060K,AKG4N024KM,AKCK2D015WBHH,AKT300808S,AKS65N410WMF,AKT40P06S,AKG4N070QL,AKDK2N075WBH,AKT20P60Q,AKT30P25Q,AKT20P60K,AK1K2FRD77,AKG4N013GM-A,AKG10N130KL,AKG4N006TM,AKT20A12K,AKC650D006PA,AKG120N7G,AKT30P25K,AKT3080Q,AKT4P138KM-A,AKT3080K,AKS70N6K0FM,AK750FRD49,AKT3080G,AKG3N019GL,AKS65N1K9FM,AKG10A900AL,AKG6N028GL,AKG6N300KL,AKT20P70K,AKG10N016TM,AKT30P55K,AKCK2M080WMH,AKT2301B,AKT2301A,AKT4407A,AKG4N024DM,AKG4N036GL,AKT3P190KL,AKT30A19P,AKT30A19K,AKCK2M030DBMH,AKS65N3K6FM,AKS70N3K6FM,AKT30P55G,AKG6N016GL,AKT30A19D,AKT3090K,AKT3090G,AKT30P30G,AKT4A160GL,AKT2302B,AKT2302A,AKS65N1K9DM,AK1K2FRD24,AK1K2FRD25,AKG4N026KM,AKT3A200QL,AKS65N1K9FAM,AKBK2A075YHH,AKG85N052P,AKT4080K,AKT30P22G,AKG10N042DM,AKG10N015TM,AKT30P45Q,AKG10N036PM,AKT30P45K,AKG10N130GL,AKT20P80G,AKG4A058GM-A,AKBK2A075YHM,AK1K2FRD35,AKG85N065P,AKT3B300QL,AKG10N100PM,AKT30P45G,AKG10N054DM,AKS65N410WMF-A,AKG15N072DM,AKG4N068QL-A,AKS65N1M0KM,AKT2312A,AKT30P20Q,AKG10N200SL,AKT40P12S,AKT4A235QL,AKT3B330GL,AKS65N1K9PM,AKT0142D,AKG6A110GL-A,AKG10N020TM-A,AKG6N045GL,AKT6N370KL,AKG10N022DM,AKG100N077GM,AKS70N6K0KM,AKG4N035QL,AKT20P90G,AKG4N058GM-A,AKG4N032KM,AKT15P225JL,AKG4N053GL,AKT30A15K,AKG4N024PM,AKT30A15D,AKC65D006KHH,AKT40P12G,AKT30P50G,AKG10N220KL,AKT30A15P,AKT40P10S,AKT40P10K,AKBK2A100YHM,AKT40P35G,AKBK2A100YHH,AKT3B210GL,AKB65A080WHH,AKS65N1K9FMF,AKG4N058QM-A,AKG6N120KL,AKT3B135GL,AKC65D020WBHH,AKG100N8K,AKG15N070DM,AKS60N1K8KM,AKT3N050KL,AKG10N046GL,AKS65N3K6PM,AKS60N280WM,AKG6N068KL,AKT0142P,AKG4N035PL,AKT30P40Q,AKG10N100KL,AKT3008S,AKS65N6K0FM,AKG100N8P,AKT60DN03,AKG10N080PM,AKT3A135QL,AKG10N080PL,AKT30A12G,AKT6004,AKG6N070QL,AKS65N1K9LM,AKT1A055MAU,AKC65D008KHH,AKG70N082G,AKG70N082D,AKT8290P,AK1K2FR1D4,AKG70N082P,AKC75A260NM-A,AKG10N080KL,AK1K2FR1D9,AKG70N082K,AKT30A11G,AKC65D010PAHH,AKG10N036DM,AKT7080P,AKT7080K,AKG6N035GL,AKG4N033KM-A,AKG10N096SL,AKT7080D,AKC65D006GHH,AKT2035K,AKT4008S,AKS65N6K0KM,AKT40P15K,AKG6N220KL,AKT3P050KL,AKG15N049DM,AKT3015Q,AKT2P073KU,AKT20P07,AKS65N3K6LM,AKBK2A100WHH-A,AKT30P60K,AKT40P40K,AKG3N015QL,AKG40N018G,AKT6888D,AKT6888K,AKT2008,AKCK2M017WMH,AKG10N900EL,AKT6080K,AKT6888P,AKT6080D,AKCK2D020WBHH,AKG6N042KM,AKT1815Q,AKG10N038GL,AKCK2M040WMH,AKG4N009DAM-A,AKG3N011GL,AKT30A10D,AKT2055Q,AKCK2M160WAMH,AKG10N100DM,AK650FR1D9,AKG6N036WM,AKT30A10P,AK1K2FR2D6,AKT30A10K,AKT01P55K,AKT40A14K,AKT01P55P,AKT40A14P,AKCK2M080DBMH,AKC65D010KHH,AKT3012S,AKG4N008GM,AKCK2M040WAMH,AKG100N10G,AKS65N700WMF,AKG4N012TM,AKT2065G,AKC75M015WMH,AK650FR2D6,AKG15N070PM,AKG20N107DM,AK1K2FR5D2,AKC65D020WHH,AKT4015A,AKT4013S,AKT3035G,AKT8810,AKG12N070GM,AKT3022Q,AKG15N110DM,AKG10N020TM,AKG15N072DM-A,AKG12N075PM,AKT40P30Q,AKCK2M040DBMH,AKG6N030GM,AKT4025G,AKT4P138KL,AKCK2M030WMH,AKG3N048GL,AKG15N110GM,AKT2040Q,AKS60N1K8LMF,AKS65N1M8KM,AKCK2A220NM-A,AKT6050K,AKG10N080DM,AKG4N025GM-A,AKG10A250GL-A,AKG4N008GM-A,AKCK2A400HM-A,AKT2075CQ,AKB65A050WHH,AKG4N007GM-A,AKG3N019QL,AKCK2D010WBHH,AKCK2M030WAMH-A,AKT4010G,AKS65N950WMF-A,AKG4N050QL,AKCK2M017WAMH,AKS60N300WMF,AKG10N054PM,AKT20P10J,AKCK2A040WHH,AKT4045Q,AKT6040G,AKG10N150KL,AKG10N150KM,AKS60N220WMF,AKT2050G,AKT6040K,AKG10N130QL,AKS60N370WMF,AKT3030Q,AKT30P18Q,AKT4935,AKS65N1K8LMF,AKT3030K,AKG30N011G,AKS60N680WMF,AKC65D008DHH,AKT4020G,AKT2302,AKT2301,AKT4020K,AKS65N950FMF,AKT2305,AKT20P95CG,AKT4953,AKS65N950WMF,AKT2060K,AKG6A110GL,AKT4055G,AKS65N1M2KM,AKCK2D030WBHH,AKT4P148SL,AKT3040Q,AKG10N042PM,AKG4A068GL-A,AKT30P08S,AKG40N011G,AKG3N015GL,AKG6N115GL,AKS65N1K2DMF,AKT4030K,AKT4030Q,AKT3415,AKG100N077G,AKG4N070GL,AKG4N018GL,AKB65A040WHH,AKCK2M160WMH,AKCK2M030WAMH,AKG100N042P,AKT3400,AKT3401,AKG10N150GL,AKT3404,AKG6N036DM-A,AKT2312,AKT4N210SL,AKG100N042D,AKT6020K,AKT3050Q,AKG6N040KL,AKT3050K,AKT3B220QL,AKG4N007GM,AKT3050G,AKT3407,AKG4N007GL,AKG40N025G,AKG40N013G,AKT2070Q,AKT20P65G,AKT4040K,AKT4040Q,AKC65D020DHH,AKG60N023G,AKCK2M080WAMH,AKT30P18K,AKT4040G,AKCK2M016WAMH-A,AKC65D020PAHH,AKG100N042W,AKS65N2M2KM,AKT4A160QL,AKG100N15G,AKT2080K,AKG100N15K,AKG60N036D,AKT6010Q,AKT2080G,AKG70N059K,AKS65N1M4KM,AKT3095CG,AKG70N059D,AKT40A10G,AKG70N059P,AKG60N036P,AKCK2M160DBMH,AKS65N1K2FMF,AKT3060G,AKG100N15P

选型指南  -  瑶芯微  - 2022/10/14 PDF 中文 下载

LLC谐振变换器详解(一)| 谐振变换器介绍

在传统的硬开关电路中,开关损耗较大,且随着工作频率的提高,损耗问题愈发突出,这限制了电源转换效率的提升以及设备的小型化。为了解决这些问题,研究人员开始探索软开关技术,谐振变换器便是软开关技术的一种重要实现形式。本文瑶芯微先来为大家简单介绍谐振变换器,希望对各位工程师朋友有所帮助。

技术探讨    发布时间 : 2024-11-15

研讨会2024功率器件新技术研讨会

描述- 11月21日在线直播,带来低导通电阻的功率MOS、集成驱动的GaN IC、IGBT新技术、用于电机驱动/BMS/移动储能的SGT MOS、高压车规SiC功率MOS、国产车规IGBT模块等功率器件新产品新技术,点击了解报名

议题- 降低20%导通电阻的功率MOS  |  集成驱动的GaN IC  |  沟槽栅场截止型IGBT新技术  |  适用于电机驱动/BMS/移动储能等应用SGT MOSFET  |  1700V SiC功率MOS  |  国产50A IPM模块  |  高可靠国产车规IGBT模块  |  ROHM——专注功率,电源和模拟技术的全球知名半导体厂商  |  EPC——基于氮化镓(GaN)功率管理器件的领先供应商  |  致力于功率器件和智能传感器技术的专业半导体厂商——瑶芯微(ALKAIDSEMI)  |  中国半导体功率器件十强企业:扬杰科技(YANGJIE)  |  致力于成为双碳时代功率半导体中国领跑者——阿基米德半导体(Archimedes)  |  中国领先的碳化硅(SiC)半导体和芯片解决方案提供商——瞻芯电子(InventChip)  |  专业从事电源管理、电机驱动、微控制器、传感器的集成电路和系统方案的设计与开发——华润微电子(CRM ICBG )  |  Kyocera(京瓷)——全球领先的材料与电子元件制造商  |  Shindengen(新电元)——“桥王”,整流桥全球份额占比约40%  |  中国半导体功率器件十强的主板上市企业——新洁能(NCEPOWER)  |  国内首家抗负压能力可达-40V/600ns的电机驱动(HVIC)制造商——数明半导体  |  国内领先的半导体分立器件整合制造商 (IDM) —— 捷捷微电(JieJie Microelectronics)  |  国产一站式电路保护解决方案专家——硕凯(SOCAY)  | 

活动    发布时间 : 2024-10-12

【视频】瑶芯微SiC MOSFET让汽车及工业设备更小更高效

型号- AKCK2M040WAM,AK1CK2M040WAM,AKCK2M050WAMH,AKCL0M040YAMH,AK2CK2M040WAMH,AKCL3M040YAMH,AKCK2M1K0DBMH,AKCK2M016WAMH

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瑶芯微基于G2.5平台推出超结MOSFET,相比上一代栅电荷下降20%,Coss减小了40%

瑶芯微基于G2.5平台推出两大电压等级、多个封装系列的SJ MOSFET。其中TOLL封装的多款产品已实现量产,其紧凑的体积、较低的封装电阻和寄生电感、优秀的散热性能、高电流承载能力,可提高开关速度、降低成本,并能提高系统效率和可靠性等方面,在各种消费级、工业级和车规级功率电子场景中得到广泛应用。

产品    发布时间 : 2024-09-10

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功率MOSFET管检测:动静态参数/热特性/高低温性能/可靠性等参数测试

可根据用户的MOSFET管进行参数检测出具报告,静态参数最大电压:7500V、检测最大电流6000A;动态参数最大电压:3300V、检测最大电流:4500A。该测试标准满足GB、IEC及行业标准等,具备可靠性评估及老化实验能力。

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