在2026世界氮化镓大会上，镓未来IP与技术合作总监张大江发表《GaN器件赋能12kW PSU:高效率、高功率密度的实现路径》主题演讲。

围绕AI数据中心大功率电源需求，详细介绍了一款12kW AI服务器电源的功率架构、氮化镓器件选型、掉电保持及动态功率支撑方案。

这款电源采用19英寸机架形态，机身尺寸为800mm×68mm×40mm，额定输出功率12kW，满载输出为49V、245A。

该方案在68mm窄机身内，同时兼顾超过20ms的掉电保持时间和最高180%的短时峰值负载支撑，集中体现了AI服务器电源在功率密度、动态响应及空间利用率方面的新要求。

68mm宽度实现12kW输出

AI服务器功率持续提高后，电源不仅需要提供更大的持续输出功率，还要为GPU负载的快速变化预留足够的动态支撑能力。与此同时，机架内部留给电源的空间并未同步扩大，高功率与小体积之间的矛盾更加突出。

镓未来这款12kW电源的输入电压范围为180V至305Vac，额定输入为200V至277Vac；主输出空载为50V、满载为49V，并提供12V/1A待机输出。

整机功率密度目标超过90W/in³，68mm机身宽度相比OCP ORV3.0约83.4mm的电源宽度减少约18.5%，可在19英寸机架中为其他计算及散热部件留出更多横向空间。

效率方面，方案设计目标为峰值效率超过97.5%；20%至100%负载范围内，功率因数目标不低于0.98；30%至100%负载范围内，输入电流总谐波失真目标不超过5%。

三级架构分担12kW功率压力

这款电源采用“三相交错图腾柱PFC+辅助型Baby Buck-Boost升降压电路（简称：BBB）+三相交错LLC”的整体功率架构，输出端配合ORing FET，满足并机、热插拔及冗余要求。

前级三相交错图腾柱PFC将12kW输入功率分散到三个功率通道，降低输入电流纹波，并减轻单相功率器件和磁性元件承受的压力。

方案还采用Power Shedding技术，根据负载调整投入运行的功率相数，减少轻载和中载状态下的额外损耗。

后级三相交错LLC同样通过多相方式分摊功率，并采用集成式三相交错变压器磁芯设计，在降低输出纹波的同时，减小单组磁性元件的体积和损耗。对于12kW、245A输出的服务器电源而言，多相交错不仅用于提升功率密度，也是控制纹波、温升和器件应力的重要手段。

三组大功率GaN覆盖主要转换环节

在功率器件配置方面，镓未来分别为图腾柱PFC、BBB和LLC选择了不同导通电阻及封装形式的650V GaN器件。

三相交错PFC采用6颗650V、23mΩ GaNG2N65R023TP-H，每相承担约4kW功率。由于该部分器件拥有较好的散热条件，23mΩ规格已经可以兼顾导通损耗、器件面积及系统成本。

BBB能量管理电路使用2颗650V、9mΩ GaNG2E65R009TM-H。该电路在掉电保持和峰值负载期间，需要短时间向直流母线提供接近整机功率的能量，因此对器件导通电阻、脉冲电流能力和封装散热提出了更高要求。

三相交错LLC则采用6颗650V、15mΩ QDPAK封装GaNG2N65R015QD-N。相对小的表面贴装封装便于器件在68mm宽的狭长空间内灵活布局，并有利于缩短高频功率回路、降低寄生参数。

从这一配置也可以看出，整机是根据各级拓扑的开关特性、瞬态电流、散热条件和PCB空间，分别选择不同导通电阻及封装的产品。

Baby Buck-Boost减少近60%电容用量

在800mm×68mm×40mm的狭长机身中，实现12kW满载下超过20ms的掉电保持，是这款电源面临的主要设计难点。

按照传统方式，当直流母线电压由445V下降至380V时，12kW输出维持20ms需要约10120μF电解电容，相当于5颗2000μF、35mm×100mm规格的电容。仅这些电容就会占据整机约34%的体积，难以满足68mm窄机身的空间要求。

为此，镓未来在PFC母线和LLC输入母线之间加入Baby Buck-Boost电路。在正常工作时，两组电容通过旁路开关连接；电网掉电后，旁路开关断开，Baby Buck-Boost进入升压状态，继续提取大电容在较低电压区间储存的能量，并维持LLC输入母线电压。

理论计算表明，加入该电路后，所需总电容量可降低至约3588μF。实测结果显示，方案使用约4300μF电容，实测掉电保持时间达到24.9ms；相比未采用Baby Buck-Boost时约10200μF的需求，电容使用量减少近60%。

这种方案并不是单纯增加一个备用升压电路，而是主动拓展电解电容的可利用电压范围。由此节省出的空间，可以用于功率器件、磁性元件和散热风道，为12kW电源实现窄体化提供基础。

同一电路兼顾动态支撑与输入功率整形

Baby Buck-Boost的作用还包括动态功率支撑和输入功率整形。

面对GPU负载快速上升，若PFC输入功率同步发生大幅跳变，可能会对前级电网及机架供电系统造成较大的电流冲击。镓未来通过控制算法，将PFC输入功率的增长率限制在每半个市电周期增加前一周期功率的20%，负载突增初期的能量缺口则由Baby Buck-Boost和电容共同提供。

当PFC输入功率逐渐超过负载需求后，Baby Buck-Boost转入降压状态，为大电容反向充电，并吸收两倍市电频率的纹波功率，从而降低直流母线电压波动，使LLC输出保持稳定。

按照设计指标，该电源可支持6A/μs的负载动态，并满足180%负载持续0.5ms、150%负载持续50ms以及110%负载持续60ms的EDPP要求。

相比单纯依赖输入端实时供能，这种设计将电网输入、电容储能和负载输出之间的功率变化进行了主动解耦。

整机效率及热设计表现

据损耗估算，在277Vac输入、12kW满载并计入风扇功耗的情况下，整机总损耗约为380.2W，对应效率约96.9%。

热仿真按照45℃环境温度、海拔3000m及43.8CFM风量进行，高温区域主要集中在同步整流、TOLL、QDPAK及TO-247等功率器件附近，部分仿真温度约为120℃至126℃。

这也说明，12kW高功率密度电源的实现不能只依赖GaN器件本身，还需要多相拓扑、磁性元件、主动能量管理、PCB布局、风道及控制算法共同配合。

总结

镓未来此次分享的12kW AI服务器电源，将GaN器件应用于图腾柱PFC、BBB能量管理电路和LLC等关键功率级，并通过三相交错架构分担功率与热应力，在68mm窄机身内实现高功率输出。

其中，BBB能量管理电路是整套方案的一大亮点。该电路通过主动调配母线与电容之间的能量，将满载掉电保持时间做到24.9ms，同时减少近60%的电解电容用量，并兼顾动态负载支撑、输入功率爬升限制和母线纹波抑制。

整套方案表明，GaN已不再局限于单个功率级的效率提升，而是进一步融入电源架构、控制及磁性设计，为AI服务器电源兼顾高功率密度与动态响应提供了新的实现思路。