法国企业Wise Integration致力于通过数字控制充分发挥氮化镓(GaN)的效率优势，现已将目光投向数据中心电源领域。该公司近期与两家韩国电源企业签署了谅解备忘录：一家是半导体整合器件制造商(IDM)KEC Corp.，另一家是开关电源(SMPS)原始设备制造商Powernet Technologies Corp.。

《功率电子新闻》(PEN)采访了公司首席执行官Ghislain Kaiser以及联合创始人兼首席技术官Thierry Bouchet，深入了解了此次合作及Wise Integration的发展规划。

战略合作伙伴关系

Kaiser表示：“我们提供GaN集成电路和数字控制器，KEC负责制造和封装，Powernet则负责设计电源转换器解决方案。”这一战略合作中的每家公司都旨在加速从芯片设计到系统级制造的创新进程。Kaiser进一步解释道：“按部就班地开发这些复杂解决方案非常困难。我们认为，通过合作，我们能够在更短的时间内汇聚智慧，达成更优的解决方案。”

选择与韩国机构合作是经过深思熟虑的——韩国政府正在大力投资AI数据中心基础设施，并与三星、英伟达、SK集团和AWS等科技巨头合作。Kaiser指出，韩国自然不是唯一这么做的国家，“但在许多国家，我们都看到一种推动力，希望凭借自身基础设施打造自主解决方案，尤其是在当前的地缘政治气候下。”

Bouchet支持Kaiser的说法，他表示：“韩国拥有完整的生态系统，能够在设计、验证和实施之间实现快速循环，从而部署电源基础设施。”

数字控制

在交谈中，Bouchet曾精辟地总结了Wise Integration的使命：“我们将数字技术引入宽禁带(WBG)功率电子世界，以加速其普及。”虽然公司已发布多款专用于GaN的集成电路和数字控制器，但他们计划将业务扩展至数字控制碳化硅(SIC)领域。

通过其WiseWare产品线，该公司为GaN功率集成电路提供AC-DC控制器，控制图腾柱PFC和LLC拓扑结构，以及拥有专利的单级架构。数字控制器将PFC级虚拟化，通过算法实现消除了约30%的物理组件，同时保持全部功能。Bouchet说：“我们采用从交流到直流的单级架构，而非AC-DC和DC-DC两级。第一级并未被移除，而是通过算法实现了数字化。”数字控制器以关键导通模式(CrCM)在高达2 MHz的高开关频率下运行与供应商无关的GaN器件，以实现零电压开关(ZVS)。

两步走流程

据团队介绍，该流程的第一步是建立非常强大的调控能力以管理高频下的GaN。“功率器件开关时，时机必须精准，以避免功率损耗。如果两个晶体管同时开关，则可能导致更大的功率损耗甚至故障。因此，我们使用预测性数学模型来控制ZVS，”Kaiser说。

“此处的挑战在于以最小的功率损耗实现这一目标。我们使用特定的算法来实现这个控制环;这不是传统的PID控制环，而是一种专有的调节环，能够快速收敛到稳定输出，同时最小化功率损耗，”Kaiser解释道。数字化功能既可以在相同频率下实现更高的功率效率，也可以提高频率以减少无源元件的尺寸。

目前，他们的数字控制器使用STM32或具有足够算力运行其算法的32位MCU;然而，Bouchet提到他们的功能与MCU品牌高度无关：“运行我们软件所需的功能是非常标准的。”Wise Integration的软件架构依赖于标准MCU特性，而非供应商特定的外设，这使得其能够灵活适应不同的计算平台，无需进行根本性重新设计。

数字控制与集成保护

无需针对不同的功率等级重新设计新的模拟控制器或调整电源转换器中的任何其他部分，设计可以通过数字化方式适应特定参数。“无需添加更多模拟组件，只需在软件中添加功能，”Kaiser说。

这种方法有点类似于软件定义无线电(SDR)，软件可重新配置的组件为硬件设计带来了灵活性并取代了模拟组件，有可能实现部署后的重新配置。

Kaiser接着描述了WiseWare以集成保护为核心的硬件方面：“如果将保护功能集成在同一封装内，您就能更紧密地监控和控制开关，并对过冲做出更快速的反应，而无需从一家供应商购买过流保护IC，从另一家购买驱动IC。”将过流保护、栅极驱动器和传感电路紧密集成在功率器件附近，可以减少寄生电感和传播延迟。对于工作在高压摆率下的GaN器件，快速故障检测尤为重要，其响应时间通常需要达到纳秒级而非微秒级。

公司旨在将更多功能集成到更靠近功率器件的位置，“我们称之为分布式数字控制，‘分布式’是因为它在软件和硬件之间进行划分，”Kaiser说。

技术路线图：软件定义功率

Bouchet随后谈及了Wise Integration的部分技术路线图：“既然我们已经开始实施数字控制，就可以开始在拓扑结构方面进行创新。因此，我们现在拥有一个仍在开发中的新专利拓扑结构;我们计划在今年发布。”公司正以其数字控制和创新功率调节技术为基础，探索更多的功率拓扑结构。

“我们已经发布了两款数字控制器，第一款是基于STM32的强大且高效的图腾柱PFC解决方案。随后，我们在同一MCU上实现了完整的图腾柱PFC LLC解决方案。如今，我们正在开发WiseWare 2，这是一款数字化的软件定义解决方案，”Bouchet在谈及其在功率拓扑创新方面的早期状态时说道。

对数据中心的好处

Wise Integration相信其技术非常适合数据中心电源转换，这得益于其精细调校的数字控制策略所带来的效率提升。“能效标准正从钛金级别向80 Plus Ruby标准迈进，”Bouchet说。行业正从90-94%的80 Plus钛金能效水平，向要求更严苛的80 Plus Ruby标准过渡，该标准旨在各种负载条件下实现高达96%的效率。

开关频率的提高减少了包括磁性元件在内的无源器件的尺寸，从而在相同体积内实现更高的功率密度。这对于必须在有限占地面积内充分利用可用电力以满足AI工作负载功率需求的数据中心至关重要。

预测性维护

基于在数字控制方面的专业知识，Wise Integration正在开发一种智能功率开关技术，利用传感器监控并严格调节电源转换器;然而，这些底层数据，例如漏源电压监测、栅极电荷特性、结温等，可以被重新用于构建可量化的指标，如热漂移模式或其他参数随时间的变化(开关损耗)，从而实现预测性维护。“这是数字控制的另一个优势，您需要在非常靠近功率开关的位置进行计算，提供可由预测性维护算法处理的底层数据，”Kaiser说。这对于运行时间要求极其严格的数据中心至关重要，因为预测故障将能防范任何停机风险。