Блог компании Infineon IMDQ75R высокопрочный 750-вольтный MOSFET-транзистор CoolSiCTM для серверных приложений ИИ

Компания Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd. поставляет и осуществляет переработку высоконадежных MOSFET-транзисторов Infineon серии IMDQ75R с напряжением 750 В на основе технологии CoolSiC™, подходящих для применения в серверах искусственного интеллекта.

I. Обзор серии IMDQ75R

Серия IMDQ75R включает в себя кремниево-карбидные MOSFET-транзисторы Infineon второго поколения CoolSiC™ G2 с траншейной структурой. Эти промышленные силовые устройства поверхностного монтажа на 750 В в корпусе Q‑DPAK с верхним охлаждением предназначены для высокоплотных импульсных источников питания (ИП), обратноходовых преобразователей с топологией totem-pole PFC, резонансных LLC-преобразователей и промежуточных шинных преобразователей (IBC), решая задачи проектирования, связанные с высокой мощностью, высоким током, высокочастотной работой, строгим тепловым управлением и долговременной бесперебойной работой в серверах ИИ. Устройства полностью прошли промышленные испытания на надежность по стандартам JEDEC и 100% проверку напряжения лавинного пробоя, обеспечивая высокую эффективность, высокую плотность мощности и долговременную эксплуатационную надежность в условиях непрерывной работы при высоких нагрузках в центрах обработки данных, работающих круглосуточно и без выходных.

Краткая сводка ключевых параметров

- Напряжение пробоя сток-исток V₍DSS₎: 750 В

- Сопротивление в открытом состоянии RDS (on): типичное 25 мΩ, максимальное 31 мΩ при Tj = 25 °C

- Импульсный ток стока I (D,pulse): 242 А

- Заряд затвора Q₍G₎: 49 нКл

- Энергия, запасенная в выходной емкости при напряжении 500 В E₍OSS₎: 18,5 мкДж

- Корпус: Q‑DPAK (PG‑HDSOP‑22) поверхностного монтажа, с верхним охлаждением

- Рабочая температура перехода: –55 °C до 175 °C

II. Основные электрические параметры и параметры корпуса серии IMDQ75R

1. Электрическая прочность и надежность при лавинной нагрузке

Номинальное напряжение сток-исток **750 В**, поддерживаемое во всем диапазоне рабочих температур перехода; 100% устройств прошли испытания на лавинную нагрузку, демонстрируя высокую устойчивость к перенапряжениям и скачкам напряжения; Типичное пороговое напряжение затвора 4,5 В в сочетании с низким соотношением Crss/Ciss значительно снижает риск паразитной проводимости в сценариях высокочастотного переключения, что делает его пригодным для работы в условиях сильных электромагнитных помех, связанных с высокоплотными компоновками плат в источниках питания серверов ИИ. Поддерживает широкий диапазон отрицательных напряжений управления затвором от –7 В до –11 В, что еще больше повышает устойчивость системы к помехам.

2. Отличный показатель добротности (FOM), снижающий общие потери в системе

На основе траншейной технологии CoolSiC™ второго поколения достигается лидирующее в отрасли значение `RDS(on)×Qfr`, а также отличные комплексные значения FOM для `RDS(on)×Qoss` и `RDS(on)×QG`; Энергия, запасенная в выходной емкости (Eoss) и заряд затвора (Qg) были значительно оптимизированы. По сравнению с продуктами первого поколения, скорость переключения увеличилась примерно на 25%–30%, а потери при переключении снизились более чем на 30%. Высокоэффективная работа достигается как в топологиях с жестким, так и с мягким переключением, помогая источникам питания серверов ИИ работать на более высоких частотах, уменьшать размеры магнитных компонентов и повышать общую плотность мощности. Устройство включает в себя высокопроизводительный встроенный диод SiC с чрезвычайно низким зарядом обратного восстановления, устраняя необходимость в дополнительных параллельных быстровосстанавливающихся диодах и упрощая проектирование периферийных компонентов источника питания.

3. Тепловая конструкция и долговременная эксплуатационная способность

Используя запатентованный Infineon процесс диффузионной сварки чипов .XT и корпус Q-DPAK с верхним охлаждением, устройство имеет короткий тепловой путь и отличное тепловое сопротивление. с диапазоном рабочих температур перехода от –55 °C до 175 °C. Оно может выдерживать непрерывную работу при полной нагрузке 24/7 при высоких температурах окружающей среды, типичных для серверных помещений ИИ. При параллельном подключении нескольких устройств они демонстрируют отличные характеристики распределения тока, удовлетворяя требованиям к расширению конструкций высокомощных серверных источников питания. Корпус интегрирует независимый вывод Кельвина со стороны источника управления, отделяя силовой контур от контура управления для снижения паразитной индуктивности в схеме и дальнейшего улучшения стабильности высокочастотного переключения.

III. Ключевые технические характеристики серии IMDQ75R

1. Траншейный процесс CoolSiC™ SiC второго поколения с улучшением показателя добротности (FOM) устройства на 20–35% по сравнению с предыдущим поколением; лидирующие в отрасли коэффициенты качества для R_DS(on)×Q_oss и R_DS(on)×Q_fr, достигающие двойной оптимизации потерь в открытом состоянии и потерь при переключении.

2. Высоконадежная конструкция подложки со 100% лавинным тестированием и отбором, а также строгой проверкой надежности затворной изоляции; диапазон отрицательного напряжения затвора расширен для компенсации перепадов напряжения, вызванных частыми переходными нагрузками в источниках питания ИИ и мгновенными пиковыми скачками в GPU, тем самым снижая риск отказа устройства.

3. Корпус Q-DPAK с верхним охлаждением; технология диффузионной сварки .XT снижает тепловое сопротивление и повышает эффективность теплоотвода; форм-фактор SMD облегчает высокоплотное размещение на платах источников питания, позволяя источникам питания серверов ИИ достигать сверхвысокой плотности мощности > 100 Вт/дюйм³ и уменьшать общий размер системы.

4. Отличная совместимость с высокими частотами, при этом потери при переключении минимально зависят от температуры, что позволяет значительно увеличить рабочие частоты PFC и LLC. Это уменьшает размеры магнитных компонентов, таких как трансформаторы и индукторы, тем самым снижая стоимость материалов для серверных источников питания и общий вес системы.

5. Удобная возможность параллельной работы с независимыми выводами источника управления, которые подавляют дисбаланс тока при параллельной работе, позволяя легко подключать несколько устройств параллельно для удовлетворения выходных требований высокомощных блоков питания в серверах ИИ, работающих на десятки киловатт.

IV. Ценность серии IMDQ75R для приложений серверов искусственного интеллекта

Рабочие нагрузки GPU в высокопроизводительных серверах ИИ характеризуются большими переходными пусковыми токами, устойчивыми высокими нагрузками, повышенными температурами окружающей среды в стойках и круглосуточной бесперебойной работой. Традиционные кремниевые MOSFET и IGBT страдают от высоких потерь и значительных тепловых проблем в высокочастотных, высокомощных сценариях, ограничивая улучшения эффективности и плотности мощности источников питания.

Подходит для высокоплотных систем источников питания (ИП) в серверах ИИ, охватывая стадию преобразования PFC переменного тока в постоянный, стадию резонансного DC-DC преобразования LLC на выходе и модули питания с двойным активным мостом (DAB) в серверах ИИ.

1. Повышенная эффективность преобразования мощности: Чрезвычайно низкие потери проводимости и переключения снижают тепловыделение внутри самого источника питания сервера, уменьшают энергопотребление систем охлаждения центра обработки данных, улучшают показатели PUE и соответствуют требованиям к непрерывному высокому выходному току в сценариях ИИ с высокой вычислительной мощностью.

2. Достижение миниатюризации и высокой плотности мощности: Позволяет источнику питания работать на более высоких частотах переключения, уменьшая размеры пассивных компонентов, таких как трансформаторы и индукторы, и способствуя эволюции серверных источников питания к более высокой плотности мощности и меньшим форм-факторам.

3. Повышенная долговременная надежность системы: 100% лавинное тестирование, высокая устойчивость к паразитной проводимости и способность работать в широком диапазоне температур перехода позволяют модулю справляться с сильными колебаниями нагрузок серверов ИИ и большими переходными пусковыми токами, тем самым снижая риск отказа источника питания и обеспечивая непрерывную и стабильную работу вычислительных нагрузок.

4. Упрощенная разработка аппаратного обеспечения: Интегрированный диод обеспечивает отличные характеристики обратного восстановления и удобный для драйвера дизайн, обеспечивая совместимость со зрелыми микросхемами драйверов затвора SiC и сокращая цикл разработки проектов серверных источников питания.

V. Типичные сценарии применения серии IMDQ75R

Импульсные источники питания (ИП) для серверов искусственного интеллекта / ИИ-вычислений

Высоковольтные промежуточные шинные преобразователи постоянного тока (IBC) для центров обработки данных

Топологии преобразования мощности Totem-Pole PFC и резонансные LLC

Высокопроизводительные телекоммуникационные источники питания и источники бесперебойного питания (ИБП)

Промышленные высокомощные импульсные источники питания (SMPS)

VI. Продукты Infineon серии IMDQ75R:

IMDQ75R011M2H

IMDQ75R020M2H

IMDQ75R033M2H

IMDQ75R040M2H

IMDQ75R050M2H