AI数据中心重塑电力电子行业未来发展方向
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电力设计如今已是系统开发的核心环节，其影响力覆盖 AI 数据中心、电动汽车、无人机、机器人等全赛道。
本届 6 月于德国纽伦堡举办的 PCIM 电力电子展览会，集中展出面向多元场景的高集成、高效率电力系统方案：从 AI 数据中心庞大供电需求，到电动汽车动力系统，再到人形机器人轻量化高效电池与驱动电机，前沿电力技术悉数亮相。
瑞萨电子便是典型代表，该企业计划将产能扩充 8 倍，以满足未来两年持续高涨的市场需求。瑞萨电子电力系统架构主管皮耶特罗・斯卡利亚在接受采访时表示：“我们认为氮化镓技术将在明年迎来行业规模化突破，2028 年将会是我们与同业厂商抢占市场的关键年份。”
一、芯片集成化浪潮
尽管功率器件与逻辑芯片采用截然不同的制造工艺，但功率半导体的集成度正在持续提升。
东芝电子欧洲分部已启动一款集成芯片工程样片出货：该器件内置微控制器（MCU）与功率 MOSFET，专为三相无刷直流电机驱动设计，可直接管控 40 瓦以下小型车载电机设备。
产品目标市场为车载小型三相无刷电机应用，用于驱动电控阀门、空调风门、微型水泵、散热风扇、格栅百叶窗等部件。这类设备高度依赖高集成方案，以此减少元器件数量、缩小电控单元（ECU）体积。
型号 TB9M040FTG 符合汽车 AEC-Q100 标准，集成 32 位 Arm Cortex-M23 内核、矢量协处理器、闪存、内置 MOSFET 的三相无刷电机驱动、为外设与传感器供电的 5 伏电源、LIN 总线收发器，全部功能封装于 6 毫米 ×6 毫米的 VQFN36 封装内。
东芝自研矢量引擎协处理器能够加速磁场定向控制（FOC）运算，大幅缩短控制周期、降低 CPU 负载、精简软件代码。芯片支持反电动势检测，可实现无传感器方波控制。
内置全套保护机制：欠压、过压、过流检测，热关断保护、电荷泵电压监控，同时监测高低侧 MOSFET 的漏源电压。
1.1 如晶（Rutronik）GaN 评估开发平台
如晶推出一体化 GaN 评估平台，方便工程师快速测试、验证、优化基于氮化镓的电机控制与电源变换方案。
这款 RAK-GaN 平台依托氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN HEMT）搭建，面向追求高转换效率、高功率密度、高系统集成度的应用场景，提供完整落地开发环境。
虽然分立氮化镓器件单价高于传统硅 MOSFET，但从整机系统层面测算，氮化镓具备显著成本优势：散热设备规格降低、物料用量减少、系统架构简化，最终整机综合成本反而更低。
平台核心主控采用英飞凌 PSOC Control 系列单片机，内核为 ARM Cortex-M33，专门针对数字电源控制、电机控制做优化。
芯片搭载超高分辨率 PWM（分辨率低于 100 皮秒）、同步采样高速模数转换器（采样率 12 兆采样每秒）、高速集成比较器（响应低于 10 纳秒），能够精准运行动态控制算法。搭配 CORDIC 硬件加速器、低延迟触发架构，即便在极高开关频率下，依旧实现稳定可控的时序逻辑。
配合平台集成氮化镓晶体管，工程师得以落地高频开关全新设计思路。开发套件同时支持 48 伏三相无刷直流 / 永磁同步电机驱动、DC-DC 降压变换器两大功能。平台集成全套保护功能：浪涌电流防护、硬件级过流检测，搭配英飞凌先进隧道磁阻（TMR）电流传感器实现高精度电流采集，保障整机安全稳定运行。
如晶全球创新管理负责人斯蒂芬・门泽表示：“氮化镓是下一代高效电力电子技术的核心载体。RAK-GaN 平台不仅向客户开放氮化镓技术，更提供一套经过完整验证的系统化开发环境，帮助研发人员快速验证创新方案，并转化为可量产上市的产品。”
德州仪器则展出电池健康监测前沿方案，依托预测式电池管理、单级电源变换、48 伏电气架构三大技术，延长电池使用寿命、提升使用安全性、规避重大故障。相关芯片能够加速电动汽车研发进程，助力新一代车型快速推向市场。
氮化镓、碳化硅宽禁带半导体具备高转换效率、高功率密度优势，完美适配双向逆变器、智能储能系统、兆瓦级电动汽车充电桩。搭配边缘 AI 实现低开销实时控制，还能帮助工程师优化电网运行效率。
二、AI 数据中心电力方案革新
800 伏直流供电新架构正在重构电网至处理器的完整供电路径，同时最大化功率密度与电能转换效率。本届 PCIM 展会上，英飞凌将展出全套半导体方案，覆盖高效储能系统、不间断电源、固态变压器（SST）、固态断路器（SSCB）。
现场将搭建固态变压器演示样机，以及基于 CoolSiC 结场效应管的固态断路器组件，可在微秒级完成故障隔离，适配未来直流电网，具备超高稳定性。
生成式 AI 算力需求暴涨，数据中心能耗急剧攀升，行业加速落地高压直流侧挂电源、处理器内核级直流微电网等新型供电架构。碳化硅器件在数据中心电源领域的市场热度持续走高。
东芝已面向 AI 数据中心电源系统，推出 1200 伏沟槽栅碳化硅 MOSFET 工程样片。器件采用顶面散热 QDPAK 贴片封装，通流能力强、散热性能优异，大幅提升电源功率级功率密度，是 AI 服务器电源变换的核心器件。该 MOSFET 同样适用于光伏逆变器、不间断电源、电动汽车充电桩、储能系统等新能源设备。
器件采用东芝自研沟槽栅结构，实现单位面积极低导通电阻 RDS (on) A；典型导通电阻 7 毫欧，栅漏电荷 33 纳库仑，直流漏极电流 172 安培。对比东芝第三代 1200 伏碳化硅 MOSFET，导通电阻直接减半，代表导通损耗与开关损耗平衡水平的优值系数（RDS (on)×Qgd）提升约 52%。器件支持 15~18 伏低栅极驱动电压。
以上特性让数据中心电源系统实现超高能效运行、减少发热，全面提升整机性能。
随着生成式 AI 快速普及，数据中心功耗激增成为行业亟待解决的难题。大功率 AI 服务器大规模部署、800 伏高压直流架构落地，市场急需更高转换效率、更高功率密度的电源设备。东芝 TW007D120E 碳化硅 MOSFET 精准匹配该需求，兼顾低导通损耗、低开关损耗与优秀散热能力，助力打造小型化、高效率电源系统。
东芝计划今年下半年实现该器件量产，同时同步研发车载专用版本。
沃尔夫斯比德（Wolfspeed）推出两款 3300 伏碳化硅功率模块系列，提供工业标准封装的大功率半桥、全桥拓扑方案。设计工程师借助该模块可简化功率级电路，在 2 千伏及以上直流母线架构中采用两电平拓扑；厂商可按需选择带基板、无基板两类碳化硅模块。
沃尔夫斯比德工业与能源业务副总裁盖伊・莫克西表示：“我们同步推出两款互补封装的 3300 伏 MOSFET 产品，是基于行业战略考量。我们深知客户急需快速扩建电力基础设施，这两套模块既能满足成熟电网巨头需求，也能适配采用模块化架构的新兴企业，加速产品落地。”
大功率带基板半桥碳化硅模块（LM 平台）额定电流 800 安培以上，面向光伏变流器、电网级储能、风电基础设施。在 1.8 千伏母线、125 摄氏度工况、同封装条件下，其开关损耗相较其他碳化硅模块降低 42%，对比 IGBT 器件降低超 90%。
可扩展无基板全桥模块隶属于 WolfPACK 产品线，主打模块化设计，工程师可灵活搭建多电平、串联堆叠、并联变流器架构，产品性能一致性优秀；该模块专为固态变压器、模块化新能源储能设备优化。
两款模块均针对 7×24 小时不间断基础设施严苛工况设计。WolfPACK 模块采用先进烧结芯片贴合工艺、环氧树脂密封材料，功率循环寿命较传统硅凝胶封装模块大幅提升。带基板模块同样搭载烧结芯片贴合工艺与芯片顶部铜散热系统，整机耐用度与功率循环性能全面升级。
依托优化开关性能与全新系统架构，固态变压器整机体积相比传统设备缩减 50% 以上。两款器件高低温开关性能稳定，可缩小磁性元件、电磁干扰滤波器尺寸，最终提升整机功率密度、降低系统总成本。
纳维塔斯（Navitas）也展出面向 AI 数据中心的 3300 伏、2300 伏、1200 伏沟槽辅助平面（TAP）碳化硅器件，配套高可靠性 SiCPAK 压接式功率模块，同时展出第五代 GeneSiC TAP MOSFET，封装包含 QDPAK、TO247 薄型款。
厂商基于该器件开发 20 千瓦 800 伏转 6 伏供电板，峰值转换效率可达 97.5%，省去传统 48 伏中间母线变流器，同步提升整机效率、可靠性、性价比与功率密度。
面向电网与能源基础设施，纳维塔斯展出两套基于自家超高压、高压 GeneSiC 碳化硅芯片的固态变压器拓扑方案：
其一，与瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）联合开发一体化固态变压器单元，采用创新单级拓扑，集成原边变流器、变压器、副边变流器，核心采用纳维塔斯 3300 伏、1200 伏碳化硅器件。50 千伏安双向有源前端样机搭载 3300 伏 SiCPAK MOSFET 模块，搭配德州仪器 C2000 实时单片机、UCC218915-Q1 栅极驱动芯片。
三、氮化镓 GaN 技术方案
氮化镓同样是优化 AI 数据中心电源能效的关键技术。
纳维塔斯推出 10 千瓦 800 伏转 50 伏 DC-DC 开发平台，功率密度达 2.1 千瓦 / 立方英寸，峰值转换效率 98.5%。平台采用纳维塔斯最新 650 伏、100 伏 GaNFast 氮化镓场效应管，为 800 伏直流、±400 伏供电架构提供行业领先的转换效率、功率密度与综合性能。
意法半导体（STMicroelectronics）在 700 伏 PowerGaN 增强型氮化镓晶体管系列新增 7 款新品，目标市场为 AI 服务器。新品连续导通电流覆盖 6 安至 29 安，典型导通电阻 53 毫欧至 270 毫欧；依托氮化镓宽禁带半导体天然优势，器件寄生电容、栅极电荷极低。
器件提供 DPAK、TO-LL、PowerFLAT 贴片封装，千片采购单价 0.63~2.25 美元；主流电子设计自动化（EDA）软件均内置配套器件库，开发工具链适配完善。TO-LL 与 PowerFLAT 封装搭载开尔文源极引脚，隔离栅控回路与主功率通路，最大化抗干扰能力、保护栅极驱动芯片、保留充足时序余量。
意法半导体功率与分立器件事业群执行副总裁马里奥・阿莱奥表示：“700 伏氮化镓新品扩充 PowerGaN 产品矩阵，将氮化镓技术优势延伸至中大功率应用领域。我们将持续扩充不同耐压规格、特色功能的氮化镓产品线，兑现我们为 AI 服务器、人形机器人、工业电源、高端消费电源（家电等）提供氮化镓方案的承诺。”
Power Integrations 基于自研 1700 伏氮化镓芯片，推出两款超薄紧凑型辅助电源参考设计，适配 800 伏直流 AI 数据中心。
15 瓦单路输出方案尺寸仅 30 毫米 ×30 毫米，厚度 7 毫米；35 瓦六路隔离输出方案尺寸 80 毫米 ×60 毫米，厚度仅 8 毫米。两套方案专为英伟达 Kyber 液冷刀片机柜架构优化，可在高密度主配电板（PDB）释放约 30% 布局空间，物料清单（BOM）元器件数量减少约 30%，简化整机设计、提升系统可靠性。全工况下转换效率不低于 88%。
两款反激式辅助电源样机功率分别为 35 瓦、15 瓦，为单片机、栅极驱动、运算放大器等内部控制芯片供电，保障整机控制、运维功能稳定，维系系统可靠性、能效与运行安全。核心器件采用 1700 伏耐压 InnoMux-2 氮化镓芯片，反激拓扑轻松适配 1000 伏直流标称输入；断续导通模式（DCM）下整机效率稳定维持 90%，同时最大化输出功率。
Power Integrations 高级培训经理詹森・严表示：“作为全球唯一拥有单管 1700 伏氮化镓器件的厂商，我们得以打造这款行业顶尖、高转换效率、精简 BOM 清单的反激变流器，在 800 伏直流母线工况下预留充足安全裕量。市面上替代方案均采用分立碳化硅器件，元器件数量、占用空间需要增加 30%。”
瑞萨电子完成收购 Transphorm 的交易后，加速氮化镓赛道布局，推出业内首款采用耗尽型（d-mode）氮化镓工艺的双向开关管。单颗器件即可阻断正向、反向双向电流，具备直流阻断能力。产品面向 AI 数据中心、车载车载充电机，仅用单颗低损耗、高速开关、简易驱动的氮化镓器件，即可替代传统背对背场效应管开关，大幅简化变流器电路设计。
传统变流器仅能采用单向硅 / 碳化硅开关管，关断状态下仅能阻断单一方向电流。因此电源变换电路必须拆分为多级，搭配多路桥式开关，开关器件数量翻四倍，整机转换效率下降。
双向氮化镓器件彻底改变这一现状：单颗芯片集成双向阻断功能，电源变换仅需单级电路、大幅减少开关器件用量。氮化镓芯片开关速度快、存储电荷低，支持更高开关频率，整机功率密度显著提升。
瑞萨 650 伏 SuperGaN 器件依托 Transphorm 自研常关型耗尽氮化镓技术，驱动电路简易、器件稳定性极强。型号 TP65B110HRU 将高压双向耗尽型氮化镓裸片与两颗低压硅 MOSFET 封装在一起，芯片阈值电压 3 伏，栅极电压安全裕量 ±20 伏，内置体二极管保障反向导通高效运行。
该器件主要用于侧挂式电源机柜，将三相 480 伏交流电转换为 800 伏直流电；同时适配处理器端 800 伏直流转 6 伏电源变换场景。
瑞萨电子斯卡利亚介绍：“我们在交流 - 直流维也纳整流器中应用双向氮化镓器件，市场反馈十分积极。该器件完美适配这类场景，整机体积仅为碳化硅方案的四分之一，大幅节约设备空间与物料成本。”
与增强型双向氮化镓器件不同，耗尽型双向氮化镓开关管兼容通用栅极驱动芯片，无需负栅压供电。栅极环路电路设计更简单、成本更低；软开关、硬开关工况下开关动作高速稳定，无性能衰减。针对维也纳整流器这类必须硬开关的电源拓扑，器件具备超 100 伏 / 纳秒的电压变化速率（dv/dt）耐受能力，开关通断振荡极小、切换延迟短。瑞萨这款氮化镓器件真正实现双向开关，兼顾高稳定性、高性能与易用性。
四、车载电力电子方案
以色列厂商 VisIC 展出第三代耗尽型氮化镓 D³GaN 技术，开关损耗优于碳化硅，峰值转换效率最高可达 99.6%。750 伏第三代器件车规级导通电阻仅 4 毫欧。第二代产品最低导通电阻同样 4 毫欧，但第三代芯片裸片面积更小；150 摄氏度工况下，代表导通损耗与芯片面积平衡水平的优值系数 Rdson×A 对比第二代提升 58%。
五、机器人动力解决方案
机器人正快速进化为集感知、运算、执行于一体的物理 AI 系统。本届 PCIM 展会，英飞凌展出全套半导体方案，覆盖工业机器人、家用服务机器人、人形机器人、无人机四大品类。现场演示方案依托 CoolGaN 氮化镓功率半导体、PSOC Control C3 单片机、XENSIV 传感器，打造高效电机控制与电源管理系统，助力下一代机器人实现小型化设计、精准运动控制、稳定长期运行。
与此同时，EPC 第七代氮化镓功率器件驱动多款运动控制开发平台。其中 EPC33110 集成三相功率级芯片，用于小型人形机器人关节驱动、无人机动力推进控制。
电源变换展区内，EPC 展出 40 伏氮化镓场效应管，导通电阻低至 0.84 毫欧，专为 48 伏转 12 伏 LLC 谐振变流器副边同步整流设计；另有 100 伏器件典型导通电阻 0.75 毫欧。厂商同步推介多款高压器件：EPC2304（200 伏，3.5 毫欧）用于大功率隔离 DC-DC 变换，EPC2057（50 伏，6 毫欧）用于小型中间母线稳压。
最新第七代 40 伏器件采用 3.3 毫米 ×3.3 毫米双散热 QFN 封装，100 伏器件采用 3 毫米 ×5 毫米双散热 QFN 封装。器件导通电阻行业领先、栅极电荷极低，打造高效率、高功率密度功率模块与 DC-DC 电源，适配 AI 数据中心、机器人、电机驱动全场景。
PCIM 欧洲展现场将搭建多套开发平台用于人形机器人、无人机动力研发。EPC91122、EPC91132 两款电机驱动参考设计均基于 EPC33110 芯片。EPC91122 样机同步搭载大型无人机动力系统、机械臂平台，直观展示器件适配大扭矩、高功率密度运动控制架构。
现场还将展出轻量化无人机动力样机，面向空间受限、需要快速动态响应的小型飞行器。样机集成全套电机逆变所需核心电路：栅极驱动、辅助稳压电源、电压 / 温度检测、高精度电流采集、硬件保护功能。
除机器人、无人机外，氮化镓技术同样赋能电动工具、电动自行车等电气化设备：更高开关频率、更小整机体积直接转化为更强动力、更轻机身、更长续航。同一套氮化镓技术平台，还能为新兴 AI 算力基础设施提供可扩展、高效率电源变换，支撑分布式供电架构与高密度计算机房落地。
EPC 联合创始人兼首席执行官亚历克斯・利多表示：“欧洲 PCIM 展会是展示氮化镓技术赋能新一代智能运动设备与 AI 算力平台的绝佳舞台。工程师正把电力电子器件嵌入具备运动、思考能力的硬件设备，无论是人形机器人、无人机还是 AI 服务器。我们第七代氮化镓技术帮助设计人员缩小设备体积、减轻重量，同时提升转换效率与整机可靠性 —— 这正是将相关设备从原型机批量落地量产的核心刚需。”
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