英飞凌SST与SSCB:AI数据中心800V直流化遇日本法规壁垒

英飞凌科技日本(Infineon Technologies Japan)10月29日举行说明会,介绍固态变压器(SST,Solid State Transformer)与固态断路器(SSCB,Solid State Circuit Breaker)的行业动向及公司布局。本次并未发布新产品,重点在于AI数据中心800V直流化背景下的技术现状与日本市场课题。工业与基础设施事业本部营销部部长藤森正然进行说明;去年曾举办同类说明会,此次为更新。

要点

  • AI数据中心迈向800V直流化,SST与SSCB的导入预计将扩大。
  • SST可使变压设备更小更轻,SSCB可在约3微秒内遮断故障电流。
  • 日本将直流750V以上视为高压,成为导入800V数据中心的障碍。

可再生能源扩大使供需调节更复杂

说明会首先谈及数据中心电力供应的课题。日本当前火力发电占绝对主流,但长期展望显示,2040年前后火电与可再生能源将达到同等水平。会上展示的长期展望中,若将可再生能源与核电、火电的最大出力合计,可达到约110%,不过长期预测本身存在波动。

问题在于供需平衡将更难维持。电力网必须平衡需求与供给,供给过剩时需抑制、不足时需增强,而火电最容易进行这类调整,可再生能源的输出调节则较困难。当前供需关系已复杂且不稳定,今后预计进一步复杂化。最近数据中心内大量设置光伏面板和燃气轮机,也使供需关系更加复杂。

支撑AI数据中心的SST与SSCB

为构建数据中心、直流微电网、分布式电源系统等,变压器和断路器需要半导体化。说明中提到的STS(Static Transfer Switch,静态转换开关)用于电源系统切换,例如外部供电与数据中心内部供电之间的切换。数据中心内供电初期采用在机架旁放置Sidecar(侧柜)的形式,未来SST将置于设备侧;机架功率已上升至每机架2MW。

英飞凌今年与多家企业公布合作,主要围绕SST和SSCB,最新合作于10月26日公布。

SST:小型轻量并支持双向供电

传统变压器多基于低频变压器,效率不差,但体积大、重量重,无法双向供电,且仅支持AC,DC变压前后需要DC/AC转换。SST基于DC-DC Converter(直流-直流变换器),所使用的高频变压器远小于低频变压器,制造更容易、尺寸更小。SST具备尺寸小、重量轻、交付期减半、构成可自由变更等优势。低频变压器因制造耗时长,交期已达3年;高频变压器则占据约500kg重量的大部分。由于采用DC-DC Converter,SST前后仍需电路。

SST既可用于数据中心内部,也更被预期用于数据中心前端:对中压系统电力进行变压,并与前方蓄电池、光伏等备份电力连接,或向EV充电器供电。

英飞凌的优势在于使用CoolSiC可简化系统,搭载CoolSiC的EasyPACK可使设计更容易。电压越高,SiC的优势越明显;使用CoolSiC可大幅简化子系统,使整体构成更简单并降低成本。Easy C系列作为EasyPACK C Package于2025年10月发布,当时面向EV和工业应用,也可直接用于含数据中心的电网SST。EasyPACK现有1B、1C、2B、2C、3B、4B等封装,上述用途可由1C、2C覆盖;其尺寸可手持,相比IGBT传统产品可大幅小型化,例如与英飞凌IGBT平台XHP相比,EasyPACK 2C明显更小。SST产品目前样品出货中,年内将开始量产;2300V以上仅提供Full Bridge(全桥)。

SSCB:约3微秒遮断直流故障电流

SSCB即断路器半导体化。当前断路器位于Sidecar侧,下一代将进入机架内部,可能置于板上。英飞凌认为,断路器将从模拟式开始向SSCB转移。近期来看,SST尚属未来,SSCB市场反而先行起量。

原因在于遮断性能。AC有周期性的电流零点,可在零点遮断;DC电压升高后,即使遮断,电弧也可能使电流继续流动,因此如何最小化抑制并迅速遮断成为关键。短路时,故障电流在100微秒内可达10000A,1毫秒内可达100000A。传统HCB、熔断器和机械式开关反应较慢,而SSCB可在约3微秒内反应,将故障电流抑制在约100A。

SSCB容量并不大,因此用于分支级,即板上断路器。分支级是最后防线,理想情况下希望在前级抑制,如何设计联动是今后课题。英飞凌按电流容量提供多种SSCB方案,已有超大规模数据中心采用案例;相关方案可能涉及Q-DPAK、Easy C或HybridPack HD等封装。

日本“直流750V”法规壁垒阻碍800V数据中心

日本市场面临较大困难,最大原因在于电技省令(电气设备技术基准省令)。NVIDIA自2025年起宣布正式导入800V数据中心,今年已开始导入。日本电技省令第2条规定低压为直流750V、交流600V,超过该电压即属高压。IEC 60364则规定直流1500V以下为低压,因此NVIDIA的800V规格在IEC下属低压,在日本却属高压,需要不同的施工要件和保安体制。尤其是防护措施、隔离距离等施工要件,使机架内实装非常困难;至少按现行法令,NVIDIA标准设计直接导入的可能性很高。藤森表示,业界团体等已采取多种行动,但涉及法令,难以轻易解决,日本要运营800V数据中心仍需时间。

法令解释与业界合作是关键

依据法令解释存在放宽空间:在光伏发电、蓄电池等领域,已有利用电技解释第46条规避相关限制的实例,因此并非完全不可能。但在方法论确定之前,日本无法设置800V数据中心,导入采用SST/SSCB的新设备动机较弱,这是英飞凌科技日本当前面临的课题。

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