机架式服务器开关电源PSU
摘要：本文为凌讯微电子电源专题文章，详解机架式服务器电源（AC-DC PSU）EMI滤波‑整流‑PFC‑LLC谐振变换‑次级整流滤波‑数字监控架构，以1200W铂金效率方案为例，面向云计算数据中心、企业机房、存储阵列、HPC算力集群、通信机房、工控机柜等场景，提供SJ超结MOS、SiC MOS、SiC SBD、低压同步整流LV MOS器件选型清单，为服务器电源整机设计、器件选型提供参考。
一、产品定义
产品概述：服务器电源属于高效率AC‑DC开关电源模块，主要为机架服务器内部主板、CPU、内存、硬盘等硬件提供稳定的直流供电。整机采用“EMI滤波‑整流‑PFC功率因数校正‑LLC谐振变换器‑次级整流滤波‑辅助电源‑数字监控”架构；支持1+1或N+1冗余热插拔，当单台电源故障时其余电源自动分担负载，保证服务器不间断运行。具备过压OVP、欠压UVP、过流OCP、过温OTP、短路保护、风扇调速、PMBus数字通讯告警功能，拥有高转换效率、高功率因数、低纹波噪声的特点。
基础电气规格（1200W 铂金效率服务器电源示例）
- 输入电压：AC 200‑240V
- 额定输出功率：1200W
- 主输出：12V DC
- 辅助输出：5Vsb待机电源
- 转换效率：≥96%（铂金效率）
- 功率因数：PF≥0.99
- 冷却方式：温控直流风扇风冷
- 通讯协议：PMBus I2C数字监控
- 冗余方式：支持N+1热插拔冗余
- 保护功能：OVP、UVP、OCP、OTP、SCP短路保护
- 工作温度：0‑50℃
二、服务器电源系统拓扑原理图（移相全桥/LLC谐振）
拓扑工作原理：移相全桥属于定频软开关隔离 DC‑DC 拓扑，H 桥四路 MOS 管分为超前桥臂、滞后桥臂，同一桥臂上下管接近 50% 互补导通，依靠两个桥臂驱动信号的相位差（移相角）调节传输能量，开关频率保持固定不变。
利用变压器漏感（或串联谐振电感）+MOS 管寄生结电容发生谐振，在死区时间内把即将开通开关管的电压降到 0V，实现原边 MOS 管 ZVS 零电压开通，大幅削减开关损耗；高频变压器完成电气隔离与电压变换；副边经整流、LC 滤波输出直流电压供给负载。
三、应用场景分类
1、云计算数据中心机架服务器供电场景
- 大型IDC机房，高密度机架服务器，N+1冗余部署，保障业务7×24小时不间断运行。
2、企业机房业务服务器场景
- 公司内部数据库、文件服务器、ERP应用服务器，保证企业业务稳定。
3、存储磁盘阵列设备供电场景
- NAS、磁盘存储机柜，大容量硬盘集群供电，低纹波输出保护硬盘寿命。
4、高性能计算HPC算力集群场景
- AI算力服务器、GPU集群，大功率服务器电源为多颗GPU显卡提供大电流输出。
5、运营商通信机房设备场景
- 运营商骨干业务服务器，长时间连续运行，高可靠性冗余电源。
6、工业自动化服务器工控机柜场景
- 工厂中控服务器、边缘计算网关机架设备，宽温高可靠供电。
四、功率器件选型推荐表
下表为1200W机架式服务器电源推荐功率器件：高压SJ超结MOS、SiC MOSFET、SiC SBD、快恢复FRD、低压同步整流LV MOS，适配高效率、高冗余可靠性服务器PSU方案选型。
| 应用位置 | 类型 | 型号 | 规格 | 封装 | 备注 |
|---|---|---|---|---|---|
| 变压半桥 | SJ MOS | LC65R380D | 350mR/650V | TO252 | 大功率DC‑DC |
| 变压半桥 | SJ MOS | LC65R040B | 35mR/650V | TO247 | 大功率DCDC |
| 变压半桥 | SJ MOS | LC65R190F | 170mR/650V | TO220F | 大功率DCDC |
| 变压半桥 | SJ MOS | LC60R130F | 130mR/650V | TO220F | 大功率DCDC |
| 变压半桥&PFC开关 | SJ MOS | LC65R600F | 520mR/650V | TO220F | PFC MOS |
| 变压半桥&PFC开关 | SJ MOS | LC65R600D | 520mR/650V | TO252 | PFC MOS |
| 变压半桥&PFC开关 | HV MOS | CS10N65A2 | 460mR/650V | TO220F | 次级整流 |
| 变压半桥&PFC开关 | HV MOS | CS20N65A8 | 210mR/650V | TO220F | 次级整流 |
| 变压半桥&PFC开关 | HV MOS | CS30N65A6 | 255mR/650V | TO247 | 次级整流 |
| PFC开关 | SiC MOS | LSC380M65D | 360mR/650V | TO252 | PFC MOS |
| PFC开关 | SiC MOS | LSC040M65B | 35mR/650V | TO247 | PFC MOS |
| PFC输出 | SiC SBD | LSC10D65D | 10A/650V | TO252 | 续流二极管 |
| PFC输出 | SiC SBD | LSC80D65B | 80A/650V | TO247 | 续流二极管 |
| 初级整流 | 整流桥 | GBU1510 | 15A/1000V | GBU | 初级整流桥 |
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五、常见FAQ
Q1：服务器电源为什么普遍采用移相全桥/LLC谐振拓扑？
A：大功率服务器电源要求高效率与低开关损耗，移相全桥和 LLC 谐振均能实现 ZVS 软开关，显著降低损耗，适合 1200W 级高密度供电。
Q2：1200W 服务器电源前级与 PFC 开关选 SJ MOS 还是 SiC MOS？
A：中小功率选 SJ 超结 MOS 控制成本；大功率、高频、追求更高效率与可靠性，选用 SiC MOS，耐压与结温余量更优。
Q3：服务器电源为何要求低纹波输出并做 N+1 冗余？
A：CPU/GPU/硬盘对纹波敏感，低纹波可保障稳定性与寿命；N+1 冗余保证单台电源故障时负载不间断，满足 7×24 高可用需求。
本文为凌讯微电子【电源类】专题技术文章。如需了解大功率电源方案，可浏览网站LLC谐振开关电源、USB-PD快充适配器选型指南，也可查看【电机类】、【电池类(BMS)】栏目其他选型资料。
来源：广东凌讯微电子
编辑：技术部