在数据中心高负载的背景下,服务器电源功率密度的提升已成为行业共识。目前服务器电源主要采用两级架构,前级PFC与后级DCDC,针对前级PFC,多电平变换器可以在保证高效率的同时显著提升功率密度。
然而,飞跨电容多电平的应用痛点之一是飞跨电容的均压问题,尤其是动态均压问题。浙江大学PMIC团队基于四电平飞跨电容图腾柱PFC拓扑,提出了一种在动态保持飞跨电容均压的调制策略,助力下一代服务器供电系统。

飞跨电容多电平拓扑的均压挑战
多电平拓扑虽可有效降低开关器件电压应力,提升等效开关频率,但飞跨电容的电压平衡问题始终是制约其性能与可靠性的关键,飞跨电容电压的均压问题面临许多挑战:
- 传统电压环控制带宽有限,难以控制暂态瞬间飞跨电容电压上的高频振荡
- 需要对飞跨电容电压进行采样,带来额外的硬件成本,控制环路复杂化,影响系统效率和功率密度

混合对偶相序调制策略
浙江大学PMIC团队提出了一种无需飞跨电容电压采样的动态均压调制策略——混合对偶相序调制。在相依载波调制的基础上,仅需改变相依顺序,实现飞跨电容电压在动态保持均压。
实测验证结果亮眼
峰值效率突破99.4%,整机功率密度320W/in3

AC Drop暂态后从飞跨电容不均压初态重启动过程实现均压效果

总结:动态均压调制,推动多电平拓扑走向实用化
本研究提出的动态均压调制策略,有效解决了四电平飞跨电容拓扑在实际应用中的飞跨电容电压平衡难题,为实现高效率、高功率密度AC/DC变换器提供了新的技术保障。通过改变载波调制顺序,不仅突破传统电压均压环带宽限制,同时无需针对飞跨电容电压进行电压采样,降低了软件、硬件复杂度,为多电平走向服务器电源提供了重要参考。