在更小、更简单的系统中显著降低损耗并提高效率
数据中心是数字世界的支柱，其中大量的服务器为互联网、云计算和其他数据驱动型服务赋能。随着对上述服务的需求增长，所消耗的能源体量也随之增加。
数据中心是一个复杂的系统，有许多方法可以降低整体功率消耗。在各种子系统中，数据中心冷却系统占其总能耗的很大一部分，估计从 20% 到 45% 不等。确切的比例可能因使用的冷却系统类型、所在地的气候和所冷却的 IT 设备而异。使用 SiC 可以显著提高数据中心内冷却系统的效率，最多可减少 50% 的系统损耗，达到全球效率标准，并可通过降低可听噪声、加快转速和提高控制精确度来提升系统性能。
使用 1200 V SiC MOSFET，系统级损耗降低可达 60%
图 1：导通损耗，1200V SiC MOSFET 对比 IGBT
图 2：开关损耗，1200V SiC MOSFET 对比 IGBT
图 3：采用 SiC MOSFET (C3M0075120K) 的 11 kW 电机驱动原型
图 4：效率比较 @ 16 kHz
图 5：效率比较 @ 32 kHz
如上所示，用 SiC 代替 Si IGBT，在 16 kHz 频率下运行，电机驱动效率提高 1.2% 以上，功率损耗降低超过 50%。而相对于 IGBT 器件的效率在高工作频率下会下降，SiC 器件可以轻松地将工作频率由 16 kHz 倍增至 32 kHz，从而有助于缩小无源元件的尺寸，同时保持 98% 以上的效率。
使用 SiC 以更小的散热器实现更高的效率
SiC 在数据中心冷却系统的系统层面具有巨大价值，可提供高效率和高功率密度，同时改善热阻，使冷却系统的整体尺寸更小、成本更低。例如，在一台 25 kW 压缩机中，六开关两电平有源前端 (AFE) 的开关频率为 45 kHz，当使用 Wolfspeed 的 C3M0032120K 分立式 MOSFET (1200 V / 32 mΩ) 取代分立式 IGBT 时，与硅开关频率为 20 kHz 相比，设计人员在前端阶段使用 SiC 可实现 1.3% 的效率提升。而当 Wolfspeed 的额定电流为 30 A 的全桥功率模块 CCB032M12FM3 (WolfPACK) 与额定电流为 50 A 和 100 A 的 Si 基 IGBT 模块（开关频率均为 8 kHz）进行保守基准比较时，逆变器的效率可提高 1.1%。这两项改进结合在一起，系统级效率提高了 2.4%，损耗降低了 50%，令人印象深刻。
在使用 SiC 的逆变器中，最值得注意的改进之一是显著减少了系统产生的热量，使设计人员能够使用更小的散热器，并为数据中心冷却系统设计更小型、更轻量的压缩机，或使用与以前尺寸类似的压缩机实现更多冷却。
与 IGBT 相比，采用 SiC 的逆变器的散热器缩小了 77%，实现了上图中的结果。尽管 Si 模块的散热器要大得多，但 50 A IGBT 模块的结温仍然明显高于 150 C 的温度限制，而 32 A SiC 模块和 100 A IGBT 模块的结温最终都在 129 C 左右。同样值得注意的是，采用 SiC 的逆变器的效率提高了 1.1%。此外，上述效率的提升不仅体现在峰值负载上，也体现在部分负载上。在某些部分负载情况下，效率的提升幅度更大，非常适合数据中心冷却系统的典型负载情况。
总之，在一个三相供电、25 kW 系统中使用更小尺寸、更加优化的散热器结合 SiC 开关元件，可以减少 600 W 的损耗，总体效率提高 2.4%，同时使整个冷却系统更小型、更轻量。
结语
总之，在 11 kW 和 25 kW 数据中心冷却系统中，采用 Wolfspeed SiC 1200 V MOSFET 和功率模块取代传统的 Si IGBT，可显著提高整体系统效率，最高可将整体系统效率提高达 2.4%。在整个负载曲线中，可以实现更高功率水平下的高效率提升，从而节省大量能源。SiC 还可通过缩小无源元件和散热器来提高功率密度，从而优化整体系统成本和尺寸。此外，SiC 器件结温高、散热性能好、损耗低，使设计人员能够构建更紧凑的系统，从而轻松集成驱动和电机，并引领下一代高效数据中心冷却系统。
关于 Wolfspeed, Inc.
Wolfspeed（美国纽约证券交易所上市代码: WOLF）引领碳化硅（SiC）技术在全球市场的采用。我们为高效能源节约和可持续未来提供业界领先的解决方案。Wolfspeed 产品家族包括了 SiC 材料、功率器件，针对电动汽车、快速充电、可再生能源和储能等多种应用。我们通过勤勉工作、合作以及对于创新的热情，开启更多可能。了解更多详情，敬请访问 www.wolfspeed.com。