97% 效率 + 130W/in³！英诺赛科×Allegro 推4.2kW全GaN PSU方案

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）上个月，英诺赛科和Allergro联合推出了一款4.2kW的全GaN数据中心PSU参考设计，整体数据非常亮眼，在 230Vac 输入、48V/30A 输出条件下，峰值效率达97%，已经满足80PLUS标准最新的红宝石等级认证；PCBA尺寸仅185mm×69mm×37mm，功率密度达130W/in³，远远超过此前行业中PSU功率密度达到100W/in³的目标。


超高转换效率带来的是降低了数据中心能源损耗，同时也意味着散热压力降低，从能源损耗、散热系统上消耗的能源这两个方面来降低数据中心能耗。

这套方案采用了英诺赛科650V 和150V 高性能GaN器件为核心，搭配Allegro AHV85110 栅极驱动 IC，在PSU方案中释放GaN高频低损耗的应用潜力。

在结构上，采用了无桥两相交错图腾柱PFC+隔离全桥LLC转换器的组合拓扑，无桥图腾柱 PFC相比传统有桥PFC，省去整流桥二极管，减少导通损耗；两相交错设计降低输入电流纹波，减小PFC电感尺寸（仅54mm×24mm×35mm），同时提升电流处理能力，适配4.2kW 大功率需求。

LLC谐振转换器天然适合高频、高效率应用，结合GaN器件的高频特性，进一步压缩变压器体积，同时实现宽输入电压范围内的高效率转换。

其中，在LLC半桥和PFC慢桥臂中采用了英诺赛科INN650TA030CS，这是一款耐压 650V 的GaN HEMT、导通电阻 35mΩ，无反向恢复电荷（Qrr=0），适配 LLC 175kHz、PFC 60kHz高频工况。

PFC 快桥臂中采用了INN650TA050AH作为核心开关器件，快桥臂侧重高频开关，因此该器件导通电阻稍大，为50，但栅极电荷Qg更低（12.5nC），开关损耗更低。

在LLC同步整流主功率回路中，采用了150V GaN HEMT（INN150EQ032A）替代传统二极管整流，降低导通损耗。其导通电阻仅 3.9mΩ、脉冲电流达 260A，能高效匹配 LLC 输出的 48V/87A 大电流需求。

而为了驱动高频开关、栅极电压范围较窄的GaN HEMT，还需要专用的驱动IC来提供精准的驱动电压。在该4.2kW PSU方案中，采用了Allegro的HV85110 隔离式自供电栅极驱动器，除了提供精准稳定的电压输出、高频相应匹配之外，AHV85110的自供电功能是实现高功率密度的关键。

AHV85110通过集成偏置电源，无需额外设计独立的隔离 DC-DC 电源、自举电容等，无源元件减少 80%、系统级元件总数降低 15%，进一步压缩 PCB 驱动回路布局空间。共模电容是高频开关时共模噪声传导的主要路径，其2.2pF 的超低值大幅削弱了PFC/LLC 环节高 dv/dt带来的共模噪声耦合，配合方案中 PFC EMC schematic的滤波设计，无需额外增加 EMI 滤波元件即可满足合规要求，既降低了物料成本，又避免了滤波元件占用 PCB 空间。

另外，AHV85110采用了超薄封装设计，便于与顶部散热或双面散热的功率封装无缝配合，从而实现更优异的系统级热设计性能。

在无源器件方面，在该方案上也作出了针对性的优化。例如PFC用到的电感尺寸仅为54mm×24mm×35mm，相比同功率等级的传统电感体积缩小40%以上，帮助提高PCBA模块功率密度。


小结：

该PSU方案采用全GaN方案+高集成驱动IC+无源器件体积优化，实现了97%峰值效率和130W/in³的功率密度。同时英诺赛科提供完整原理图、PCB布局、BOM清单及测试指南，便于电源厂商快速落地，加速GaN在数据中心PSU上的渗透。