Maurizio Di Paolo Emilio，EPC 市场传播总监
人工智能的快速发展正迫使数据中心重新思考其电源架构。传统服务器设计从未考虑过支持现代 AI 工作负载所需的极高功率密度。这些设施正日益演变为我们所称的“AI 工厂”，其首要目标是在有限的物理空间内优化计算能力。
实现这一转变的关键技术之一是采用 800 VDC 配电。高电压方案使机架级功率能够从传统水平扩展到兆瓦级，这对于下一代加速器平台至关重要。将 800 V 直流电直接供给计算子系统会在绝缘配合和器件应力方面带来新的挑战，但同时也为重新思考隔离方式提供了机会。在这方面，输入串联输出并联（ISOP）转换器拓扑因其模块化、可扩展性和高效率而越来越受到关注。
从渐进式增长到功率密度的跃升
AI 硬件的发展已经打破了数据中心传统的功率增长路径。早期计算平台的功耗通常是逐步增加的，而如今的 AI 集群——尤其是基于紧密互联 GPU 架构构建的集群——呈现出更加陡峭的增长曲线。电力供应能力以及计算单元之间的物理距离都是关键的系统约束条件，对性能产生重大影响。
图形处理器（GPU）由数十亿个微型晶体管组成，这些晶体管密集集成在硅衬底上，其特征尺寸可小至 20 Å（约等于 DNA 分子双螺旋结构的宽度）。驱动这数十亿个处理单元所需的功率正以与其计算能力相同的速度增长。
因此，机架级功率密度已不再呈线性增长。相反，每一代新的 AI 硬件都可能导致所需功率大幅跃升，往往达到前一代的数倍。由此产生的变化使电力输送基础设施变得比以往任何时候都更加重要，并已成为整体系统性能和布局中的关键考量因素。
采用 800 V 高压直流配电是应对这些挑战的一种极具吸引力的解决方案。更高的配电电压可直接降低导通损耗、减少铜材使用量、简化互连设计，因此在给定功率条件下可实现更低的功率水平。与传统交流系统或低压直流母线相比，这种架构能够显著提高电力输送效率和空间利用率。
另一个优势是架构的灵活性。高功率密度的电源转换级可以布置在高度密集的计算区域之外，从而为处理硬件释放宝贵空间。但这一转变也带来了新的考量。AI 工作负载会导致功率需求快速且大幅变化，并传播到整个系统。为了缓解这些影响，分布式储能系统正越来越多地被用于平滑瞬态变化并维持系统稳定。
从这个意义上说，800 VDC 不仅是一种优化方案，更是下一代高密度计算环境的关键使能技术。
如何输送电力
传统电源架构在向单个机架提供超过 200 kW 功率时正面临挑战。目前，电力通常以 240 VAC 输入机架，转换为约 400 VDC，然后在机架内部的电源托盘中再降压至 48 VDC。随后，每块服务器板都由 48 V 供电，并进一步转换为处理器所需的低于 1 V 的电压。
随着计算能力提升，这种方法开始触及根本性极限。现代 AI 服务器板可能需要数千瓦功率，这意味着在低电压下必须输送数十甚至数百安培电流。当功率进一步提升时，标准连接器和电缆所需承载的电流很快会变得难以处理，同时受到热性能和机械结构方面的限制。
因此，业界正转向以更高电压向服务器板输送电力。采用 800 VDC 或 ±400 VDC 架构可以降低电流水平，从而使电力分配更加实用和高效。
在这些早期系统中，高压电源通常在系统外部产生，通常位于一个专用的“侧挂式”机架中，然后再分配到计算机架。根据具体设计，电压可以在服务器板本地转换为 6 V 或 12 V 等中间电压，也可以先在机架内转换为 48 V 后再进行分配。
服务器板是极其昂贵且空间高度受限的关键资源，因此任何板载电源转换方案都必须高度紧凑、低高度并具有极高效率，同时还必须支持先进的热管理策略。
用于可扩展隔离的 ISOP 架构
在高压直流系统中，隔离级需要具备高效率、紧凑尺寸和可靠的热性能。ISOP 转换器拓扑（输入串联、输出并联）能够巧妙地将电气应力分配到多个模块上。
在 ISOP 架构中，各转换器的输入端串联连接，使系统能够承受较高的输入电压，而输出端则并联连接以提供大电流。由于每个模块只承担总电压和总功率的一部分，因此单个元件承受的电气和热负载均有所降低。
谐振 LLC 转换器非常适合这种模块化概念。这些转换器设计为在接近谐振点的位置运行，从而实现高效率，并使模块之间自然实现电压和电流均衡。这种固有的均衡特性减少了对复杂控制方案的需求。不过，LLC 转换器通常具有固定的变换比，因此最适合用于无需严格电压调节的转换级。
与单体式设计相比，ISOP 实现方式具有多项优势，包括降低开关器件上的电压应力、简化绝缘要求、改善热量分布以及提高功率密度。这些特性非常适合 AI 服务器电源解决方案的严格要求。
图 1：ISOP 的基本概念是采用低压器件构成串联堆叠的 LLC 转换器，同时将它们的输出端并联连接。
低压运行的优势
ISOP 配置的一项主要优势是能够使用较低耐压等级的半导体器件。总输入电压可以由多个模块共同分担，因此每一级所承受的电压范围更小。这使设计人员能够采用速度更快、效率更高的器件。
在采用氮化镓（GaN）等宽禁带技术时，这一点尤其有利。这些低压 GaN 器件相比高压器件具有更低的导通损耗、更低的栅极电荷以及更优异的开关特性。这些性能对于高频运行和紧凑型系统设计至关重要。
对于从 800 V 降压的传统单级转换器，器件必须能够承受完整的输入电压。相比之下，基于 ISOP 的方案允许采用额定电压低得多的器件，例如 150 V GaN 晶体管，从而获得更高效率和更小占板面积。这些器件也非常适合直接液冷等先进热管理技术。
交错运行与纹波抑制
ISOP 系统的模块化特性还可以通过相位交错实现良好的纹波抑制。具体方法是让多个转换器模块以等间隔的开关相位工作，从而使总输出电流更加平滑。 这种方法能够降低电流纹波幅度，同时提高纹波频率，从而减少输出电容需求。由此形成的设计更加紧凑，瞬态响应更佳，整体效率也更高。这一优势对于 AI 工作负载所特有的大电流应用尤其重要。ISOP 拓扑将负载分配到多个通道，而不是迫使巨大的纹波电流流经单个转换级，因此能够改善电气性能和可靠性。
演示：6 kW 模块化转换器
一个实际实现示例展示了基于 ISOP 设计的实际优势。在该示例中，6 kW 隔离级由八个相同的 LLC 模块采用 ISOP 架构构成。每个模块转换约 750 W 功率，将中间电压转换为适用于计算硬件的低压输出。
该设计在初级侧和次级侧均采用紧凑型 GaN 器件，并通过同步整流实现最高效率。嵌入多层 PCB 中的平面变压器不仅提供隔离，还实现了极低的整体高度。
完整系统采用表面贴装结构，实现了极小的占板面积，并支持先进的冷却策略。实验验证显示，其峰值效率超过 98%，满载效率超过 97%，证明了这种架构非常适用于高密度 AI 环境。
图 2：EPC91123 是一款 800 V 至 12.5 V、6 kW、八级 ISOP DC-DC 转换器，厚度仅为 8 mm，设计用于直接安装在服务器板上。该转换器的峰值效率为 98.3%，满载效率为 97%。
参考资料
《GaN Power Devices for Efficient Power Conversion》，第四版——作者：Alex Lidow、Michael de Rooij、John Glaser、Alejandro Pozo Arribas、Shengke Zhang、Marco Palma、David Reusch、Johan Strydom。
Pozo, A.; de Rooij, M.，“Using Low-Voltage GaN in ISOP Converters for AI Servers with 800 V Architecture”，Bodo Power Systems，2026 年 3 月。
Huntington, J.; Tu, M.，“800 VDC Architecture for Next-Generation AI Infrastructure”，NVIDIA 白皮书，2025 年。
EPC91123 – 6 kW、800 V 至 12.5 V 隔离式转换器评估板