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固態變壓器嶄露頭角，AI 資料中心加速向高壓直流架構轉型
重點摘要：
- 固態變壓器 （SST） 市場正步入商業化初期階段。 此一趨勢主要受AI資料中心日益成長的電力需求、電動汽車充電網路以及電網現代化的推動。
- 隨著超大規模資料中心營運商和基礎設施供應商越來越多地評估 800V 高壓直流 （HVDC） 架構，自2020年代後期開始以替代傳統 12V 和 48V 配電系統，產業發展動能正在加速。
- SST 正日益被視為此一轉型的關鍵基礎技術。 能夠實現從中壓交流電 （AC） 到低壓直流電 （DC） 的直接轉換，減少轉換級數並提升整體系統效率。
因應 AI 基礎設施的電力挑戰
人工智慧的快速發展使得資料中心電力基礎設施面臨急遽攀升的供電需求。 傳統配電系統以 400V 交流母線為基礎，並需經過多個轉換級降至低壓伺服器供電，正日益承受壓力。
為應對這些挑戰，產業正逐步轉向 800V 高壓直流 （HVDC） 架構。 NVIDIA 已宣布將從 2027 年開始轉向 800V HVDC，以取代傳統的 12V/48V 系統。 這一架構可實現從 13.8kV 交流電到 800V 直流電的直接轉換，顯著減少轉換級數。
固態變壓器 （SST） 正成為這一轉型中的關鍵技術。 它們可替代傳統變壓器並實現高壓電力的直接轉換，為新一代 AI 設施提供更高效、更靈活且更具可擴展性的電力傳輸。
功率半導體為何是SST 的成功關鍵
SST 的興起正在催生對新一代高壓碳化矽 （SiC） 元件的需求。 SST 架構通常採用級聯 H 橋拓撲結構。 前端 AC-DC 級通常需要額定電壓在 2,300V 至 6,500V 之間的 SiC 元件，而下游 DC-DC 級通常使用額定電壓在 1,200V 至 2,300V 之間的元件。
隨著系統電壓升高，業界的關注焦點正轉向 10kV 級 SiC MOSFET。 與傳統絕緣閘雙極電晶體 （IGBT） 模組相比，這些元件的開關損耗顯著降低，同時可簡化系統架構。
與傳統的多級 SiC 或 基於IGBT 的設計相比，10 kV SiC 元件能夠減少零組件數量、提高效率並簡化熱管理——這些優勢在大功率 SST 系統中尤為重要。
高壓元件還需要先進的閘極驅動技術，以提供高隔離電壓，並在極端 dv/dt 條件下保持穩健性能。 例如，2.0kV 母線電壓需要 3.0kV 的功能工作電壓。
安森美技術在 SST 中的應用佈局
隨著固態變壓器邁向商業化，安森美正將自身定位為高壓碳化矽技術供應商，以支持更高效、更具可擴展性且更具成本優勢的電能轉換。 公司的產品組合涵蓋商用 SiC 功率模組、新一代高壓元件以及先進的電力保護技術，可滿足 AI 資料中心、電網現代化、工業電力系統和電氣化基礎設施的新興需求。
核心產品包括：
- 商用 SiC 功率模組： 支持現今固態變壓器設計及其他大功率基礎設施應用中的高效電力轉換。
- 新一代 2.3kV 和 3.3kV SiC 技術： 目前正持續開發，協助客戶以更少元件打造電壓更高、功率更大的 SST 系統，並提升系統效率。
- 成本最佳化電源解決方案：結合碳化矽與矽技術，在降低系統成本的同時提供接近全 SiC 解決方案的性能。
- 構建模組式架構：可從數百千瓦擴展至數兆瓦，支持從工業電力系統到電網基礎設施和 AI 數據中心等廣泛應用。
- 先進 SiC 技術： 專為苛刻環境設計，適用於航空航天、衛星及其他關鍵任務應用。
- 基於 SiC 的電力保護解決方案：可用於固態斷路器、電力旁路系統及其他關鍵基礎設施，旨在提升可靠性和韌性。
結語
固態變壓器 （SST） 是應對新一代 AI 設施電力需求激增的一項關鍵進展。 透過減少轉換級數並提升系統整體能效，SST 有助於克服傳統基於變壓器的系統侷限。 隨著採用率提高，高壓碳化矽 （SiC） 元件的需求預計將增加，安森美能夠支援新一代電力系統的開發和部署，提供 AI 時代所需的效率、可靠性和韌性。
關於安森美（ onsemi）
安森美（NASDAQ： ON）提供智慧電源與感測技術，推動汽車、工業及人工智慧資料中心等終端市場的電氣化升級，同時提升能源效率、安全性與自動化。 憑藉高度差異化且創新的產品組合，安森美 協助客戶克服複雜挑戰，達成更高的能源效率、更佳的性能與降低系統成本，攜手打造更安全、更潔淨且更節能的世界。安森美 也被納入標普 500 指數。 欲了解更多關於安森美的資訊，請造訪：http://www.onsemi.com。
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