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

时间： 2024-07-27 来源：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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