在數字化時代，數據中心作為信息技術的關鍵基礎設施，不僅支撐了互聯網、云服務和數據驅動業務的運營，同時也隨著這些服務需求的激增而對能源的消耗呈現出上升趨勢。如何使用碳化硅設計下一代數據中心冷卻系統已成為一個亟待解決的問題。

　　以美國為例，2020年數據中心耗電量高達90太瓦時(TWh)，大約占全國電力消耗的1.8%，而到了2030年，這個數字預計會激增至140TWh，增長率達到56%。由于全球人工智能應用的蓬勃發展，數據中心需要投入更多的服務器，這無疑加劇了對電力資源的需求。為了應對全球數據中心快速發展帶來的挑戰，系統設計者們正不斷探索能夠同時提升效率和計算能力的新技術。

　　一、使用 1200 V SIC mosfet 將整個系統損耗降低高達 60%

　　在數據中心眾多子系統中，冷卻系統是一個能耗巨大的分支，其能量消耗占到總能耗的20%至45%，這一數字可能受到冷卻系統類型、地理氣候和所需冷卻IT設備的影響而有所變化。碳化硅的使用能顯著提升數據中心冷卻系統的效率，減少系統能耗高達50%，實現全球效率的新標桿，同時通過降低噪音、提高旋轉速度和提升控制精度來增強系統性能。

　　具體來看，如果在數據中心冷卻系統中應用1200V SiC MOSFET，整個系統的能耗可以減少至多60%。以一個11千瓦的三相冷卻系統為例，若在其有源前端階段用六個1200V SiC MOSFET(型號C3M0075120K)替換傳統的IGBT，效率就可以提高0.9%。當逆變器升級為同樣型號的SiC MOSFET時，還能進一步提升效率。

　　由圖表可以看出，與同等額定電流的1200V IGBT相比，SiC MOSFET在低負載時的導通損耗僅為后者的一半，并且在消除關斷尾電流后，開關損耗能減少90%。

　　Wolfspeed SiC MOSFET的低開關損耗特性使其能夠以比IGBT更高的頻率運行，使得數據中心設計人員可以在變速風扇驅動器中使用更小、更輕的變壓器，這不僅有助于減少銅損，而且還能提升能效。而且，更高的開關頻率還能夠提供更準確的風扇速度控制，確保不同負載條件下均能達到最佳的冷卻效果。SiC MOSFET在各種負載條件下都能維持更加平穩、高效的性能表現，使其在變速應用中的優勢更加明顯。

　　Wolfspeed新推出的11千瓦高效三相電機驅動逆變器(型號CRD-11DA12N-K)便是在工業加熱與冷卻領域測試1200V SiC MOSFET的成果。該逆變器不僅實現了99%的峰值效率與98.6%的滿載效率，還具備550-850 VDC寬電壓工作范圍及閉環無傳感器磁場定向控制功能。

　　上述實例清晰地表明，通過采用碳化硅技術取代傳統的硅IGBT，并將操作頻率從16kHz提升至32kHz，不僅能夠在保持超過98%效率的同時，還能顯著縮小無源元件的尺寸，大幅提升電機驅動效率，并在大幅降低功率損耗的同時，推動數據中心向著更高能效目標邁進。

　　二、使用 SiC 通過更小的散熱器實現更高的效率

　　在新一代的數據中心冷卻系統設計中，碳化硅(SiC)元件以其卓越的效率和緊湊的體積贏得了青睞。采用這種材料可以顯著提高系統的效能，同時還能縮小散熱器的尺寸，進而節省空間和成本。

　　以25kW的壓縮機為例，如果我們將傳統硅基開關頻率從20kHz替換為45kHz的SiC，我們就能實現高達1.3%的效率提升。這種提升來自于一個具體的替代案例，即使用Wolfspeed的C3M0032120K分立式MOSFET(1200V / 32mOhm)替換原有的IGBT。另外，如果使用Wolfspeed的30A全橋功率模塊CCB032M12FM3，即便與額定電流為50A和100A的Si-IGBT模塊相比，依舊能在8kHz開關頻率下提升1.1%的效率。將這兩種改進結合起來，整體效率有了2.4%的大幅提升，系統損耗減半。

　　碳化硅在逆變器中的應用不僅提高了效率，更因為降低了熱產量，允許設計師們選擇更小型的散熱器。這為設計更小巧、更輕便的冷卻系統或在同等體積的壓縮機實現更強冷卻效果提供了可能。

　　三、總結

　　總結來說，使用Wolfspeed的1200V碳化硅MOSFET和功率模塊替代傳統的硅IGBT，不僅能夠在11kW和25kW的數據中心冷卻系統中大幅提高效率，還能在全負載范圍內實現更高水平的性能提升。這樣的改進，意味著在能源使用上的大幅節省。

　　碳化硅不只提高了功率密度，還優化了系統成本和尺寸。由于SiC器件可以承受更高的結溫，散熱性能更佳，損耗更低，設計師們能夠打造出更加緊湊、集成度高的系統，不僅方便了驅動器和電機的整合，也為數據中心冷卻系統的未來發展奠定了基石。