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固态变压器崭露头角,AI 数据中心加速向高压直流架构转型

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固态变压器 (SST) 市场正步入早期商业化阶段。 这一趋势主要受AI数据中心日益增长的电力需求、电动汽车充电网络以及电网改造项目的推动。

  • 随着超大规模数据中心运营商和基础设施提供商越来越多地评估 800V 高压直流 (HVDC) 架构,以在本十年后期开始替代传统 12V 和 48V 配电系统,行业发展势头正在加速。

  • SST 正日益被视为这一转型的基础性技术。它能够实现从中压交流电 (AC) 到低压直流电 (DC) 的直接转换,从而减少转换级数并提升整体系统效率。

应对 AI 基础设施面临的电力挑战

星空人工智能的快速发展正对数据中心电力基础设施提出激增的需求。传统配电系统以 400V 交流母线为基础,并需经过多个转换级降至低压服务器供电,正承受越来越大的压力。

为应对这些挑战,行业正逐步转向 800V 高压直流 (HVDC) 架构。NVIDIA 已宣布将从 2027 年开始转向 800V HVDC,以取代传统的 12V/48V 系统。这一架构可实现从 13.8kV 交流电到 800V 直流电的直接转换,显著减少转换级数。

固态变压器 (SST) 正成为这一转型中的关键技术。它们可替代传统变压器并实现高压电力的直接转换,为新一代 AI 设施提供更高效、更灵活且更具可扩展性的电力传输。

为什么功率半导体对 SST 的成功至关重要

SST 的兴起正在催生对新一代高压碳化硅 (SiC) 器件的需求。SST 架构通常采用级联 H 桥拓扑结构。前端 AC-DC 级通常需要额定电压在 2,300V 至 6,500V 之间的 SiC 器件,而下游 DC-DC 级通常使用额定电压在 1,200V 至 2,300V 之间的器件。

随着系统电压升高,业界的关注点正转向 10kV 级 SiC MOSFET。与传统绝缘栅双极型晶体管 (IGBT) 模块相比,这些器件的开关损耗显著降低,同时可简化系统架构。

与传统的多级 SiC 或 基于IGBT 的设计相比,10 kV SiC 器件能够减少元器件数量、提高效率并简化热管理——这些优势在大功率 SST 系统中尤为重要。

高压器件还需要先进的栅极驱动技术,以提供高隔离电压,并在极端 dv/dt 条件下保持稳健性能。例如,2.0kV 母线电压需要 3.0kV 的功能工作电压。

安森美技术在 SST 中的应用布局

随着固态变压器迈向商业化,安森美(onssemi)正将自身定位为高压碳化硅技术供应商,以支持更高效、更具可扩展性且更具成本优势的电能转换。公司的产品组合涵盖商用 SiC 功率模块、新一代高压器件以及先进的电力保护技术,可满足 AI 数据中心、电网现代化项目、工业电力系统和电气化基础设施的新兴需求。

核心产品包括:

  • 商用 SiC 功率模块: 支持当今固态变压器设计及其他大功率基础设施应用中的高效电力转换。

  • 研发中的新一代 2.3kV 和 3.3kV SiC 技术: 旨在帮助客户使用更少的元器件构建更高电压、更高功率的 SST 系统,并提升系统效率。

  • 成本优化型电源解决方案:结合碳化硅与硅技术,在降低系统成本的同时实现接近 SiC 的性能。

  • 构建模块式架构:可从数百千瓦扩展至数兆瓦,支持从工业电力系统到电网基础设施和 AI 数据中心等广泛应用。

  • 先进 SiC 技术: 专为苛刻环境设计,适用于航空航天、卫星及其他关键任务应用。

  • 基于 SiC 的电力保护解决方案:可用于固态断路器、电力旁路系统及其他关键基础设施,旨在提升可靠性和韧性。

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