英飞凌给伊顿供 SiC打造MVSST固态变压器，一路改到电网！

9 月 29 日，英飞凌宣布与伊顿合作，为后者面向亚太市场的 MVSST 2.0 中压固态变压器平台提供碳化硅功率器件。

伊顿从 10kV 中压交流，再输出 800V 直流，中间原本要经过工频变压器、低压交流配电、UPS、整流以及多级电源转换，给省略了。这些环节被重新组合进一台由功率半导体、高频变压器和数字控制系统构成的电源设备。AI 数据中心开始从服务器电源升级，走向整个供电链路的改变。

一）机架供电逼近 1MW，铜开始成为问题

传统服务器时代，一个机架十几千瓦、几十千瓦，48V 或者 54V 直流供电完全可以工作。AI 服务器正在迅速改变这个尺度。GPU 数量增加、NVLink 和高速交换系统扩大，AI 机柜功率从几十千瓦向 100kW、300kW 甚至 MW 级推进。这时候，低压供电开始遇到一个最朴素的问题。

假设传输 1MW 功率。如果电压是 54V，理论电流接近 1.85 万安培，提高到 800V，电流下降到 1250 安培。两者相差接近 15 倍。 功率越来越大以后，继续靠低电压、大电流输电，会越来越困难。电流越大，铜排越粗，电缆越重，连接器越复杂，导体损耗和电流的平方有关。

到了 MW 机架这个尺度，数据中心怎么把这么大的电送进去，提高电压，首先是在减少电流。改成直流，则是在减少中间转换，开始动摇过去几十年形成的数据中心供电体系。

今天绝大多数数据中心的供电路径，中压电从电网进入数据中心以后，先经过工频变压器降压，再进入 400V、415V 或者 480V 交流配电系统。之后还要经过 UPS、整流、电源模块，最后才能转换成服务器内部需要的 48V、12V，再一路降到 GPU 真正使用的低压轨左右。

AI 数据中心最特殊的地方，是功率太大，园区进入几百 MW 甚至 GW 级，每多一级转换，都会带来额外设备、额外损耗、额外占地和额外故障点。

伊顿 MVSST 2.0  输入是 10kV 中压交流，输出是 800VDC，不是传统低压交流。

二）固态变压器SST 与 SiC，是重构的技术核心

传统电力变压器直接工作在 50Hz 或者 60Hz。50Hz 有一个好处，技术成熟、效率高、寿命长，缺点也很明显：频率低，磁性器件就必须做得很大。所以传统中压变压器离不开大量铜、铁芯和绝缘材料。

SST  先用功率半导体把输入的中压交流转换成直流，再把直流转换成数十 kHz 甚至更高频率的交流，通过高频变压器完成隔离和变压，最后再次整流，得到 800V 直流。频率从 50Hz 提高到几十 kHz 以后，高频变压器和电感可以明显缩小。

传统 IGBT 很适合高压、大功率场景，但关断的时候有尾电流。频率不高时，这个问题可以接受。可一旦开关频率进入 20kHz、50kHz 甚至更高，开关损耗会迅速增加。SiC MOSFET 在这方面更有优势。它可以在更高电压下保持更快的开关速度，也更适合高频工作。SiC 允许更高开关频率；更高频率允许更小的磁性器件；磁性器件变小以后，整个 SST 尺寸下降；设备变小以后，数据中心能释放更多空间给真正产生收入的计算设备。SiC 在这里带来的并不只是效率提升零点几个百分点。改变的是整个设备的体积和结构。

这也是为什么 SST 过去研究了很多年，却一直很难取代普通变压器，而现在 AI 数据中心突然开始认真考虑它。过去的变压器太便宜、太可靠。如果只是为了节省一点空间，没有多少人愿意用大量昂贵的功率半导体替代铜和铁。 

在 AI 数据中心里，一平方米空间后面可能对应的是 GPU 机柜、液冷设备以及数百万美元的算力资产， SST 可以减少电气设备数量、压缩机房面积，并缩短数据中心建设周期，那么它创造的价值已经不能只拿设备本身价格来衡量。

AI 把电气设备的空间和建设时间，也变成了昂贵资源。这才是 SST 第一次真正遇到适合自己的市场。

英飞凌和伊顿合作里，双方已经开始探索下一代采用 2.3kV 和 3.3kV SiC 功率模块的 SST。

中压系统面临的第一个难题，就是电压太高。10kV 甚至未来 13.8kV、34.5kV，常见方法是把多个功率单元串联起来。每一个单元承担一部分电压。中压侧多个单元串联，低压侧再把功率汇总起来输出。这样做可以工作，但代价也很明显。功率单元越多，需要的 SiC 模块、驱动电路、DC-Link 电容、高频变压器、控制器、通信链路和连接器就越多。器件数量一多，系统成本、控制复杂度和潜在故障点都会增加。

所以 2.3kV、3.3kV SiC 可以让单个功率单元承担更高电压。理论上，器件耐压提高以后，串联单元数量可以减少。块更少，高频变压器更少，控制系统更简单，连接点更少，整机功率密度也更容易继续提高。 从 1.2kV SiC 走向 2.3kV、3.3kV SiC，可能决定下一代 SST 能不能进一步从 10kV 走向 13.8kV 甚至 34.5kV。

三）SST 的落地

传统变压器最可怕的优势是可靠，一台普通电力变压器连续运行几十年，是很正常的事情。

SST 却复杂得多。里面有大量功率半导体、电容、高频磁性器件、驱动芯片、传感器、控制系统和液冷组件。这些设备需要 24 小时不停工作。一年 8760 小时。数据中心希望它运行的不是两三年。十五年、二十年才是常态。

SiC 模块在几十 kHz 开关下能不能稳定工作十几年？高频变压器长期局部放电怎么控制？功率循环会不会导致焊层、键合线或者封装老化？电容寿命怎么保证？液冷系统出现故障怎么办？某一个功率单元失效以后，整台设备是否可以不停机继续运行？ 汽车时代已经让 SiC 从实验室进入百万辆规模。AI 数据中心可能进一步把它推向另一个更加极端的环境：更高电压、更大功率、24 小时连续运行，以及更长的设计寿命。

SST 前后都是功率电子，可以控制输入电流、输出电压、功率因数和能量流向，能和储能、电池、光伏甚至燃料电池直接连接，出现新的数据中心电源结构。中间可以出现一个主动控制的能源节点。电网进来的功率可以进入 SST。SST 给 AI 机架提供 800VDC，连接电池储能。当 GPU 突然进入高负载时，电池可以快速补充功率。当计算负载下降时，电池又可以吸收多余能量。对于电网来说，看到的负载变化可以变得更加平滑。

GPU 负载变化太快。大型 AI 训练不是传统办公室服务器那种相对平稳的负载。大量 GPU 同步工作时，整个数据大厅的功率可能在很短时间内剧烈变化。一个园区如果达到几百 MW，这种变化会直接传递给电网。

未来 SST 和储能组合在一起，GPU 可以剧烈变化，但不要让电网跟着剧烈变化，SST 更像一台位于电网和算力之间的能源路由器。

小结

2.5MW 级中压固态变压器开始面向 AI 数据中心，800VDC 从服务器机架一路向上延伸，触碰 10kV 中压电网。