MLCC在AI服务器电源系统应用与市场增长

近年来，在人工智能和云计算需求快速增长的推动下，数据中心服务器的集成度和性能不断提升，导致每个机架/服务器的功率密度迅速增长。这就要求电源单元 (PSU) 和中间总线转换器 (IBC) 使用效率更高、可靠性更强、密度更高的元件。特别是，MLCC（多层陶瓷电容器）等无源元件的性能和尺寸已成为关键的设计约束。

一、人工智能时代数据中心的电力趋势

近年来，随着人工智能的快速普及，数据中心服务器的功耗急剧增加。因此，高效、大功率的电源（PSU）对于保障服务器稳定运行的重要性日益凸显。

图：数据中心当前及预计总功耗

此外，服务器散热技术的进步和集成度的提高，对服务器机架内部PCB板的空间利用提出了更高的要求。由此，电源中使用的被动元件必须具备高性能、紧凑型和低高度等特点，而缩小PCB板的尺寸成为一项重大挑战。

二、MLCC在数据中心电力系统架构中的应用

在服务器电源系统中，典型的电源链为：UPS（不间断电源）→ PSU（交流电→48V等）→ IBC（48V→12V等）→ VRM（转换为CPU/GPU电压）。

在密度和输出功率不断增加的环境中，降低PSU阶段的损耗和散热，以及提高IBC阶段的功率传输效率，是关键的设计考量，需要用到额定电压为100V和450V及以上的MLCC。

图：数据中心的电源系统架构 

UPS：不间断电源

PSU：电源单元

IBC：中间总线转换器

VRM：电压调节模块

1、MLCC适配高功率PSU需求

在输出功率提升方面，设计正从传统的千瓦级转向 6-12 千瓦及以上，更高的输出功率会增加元件的电压和电流应力，因此MLCC 需要更高的额定电压、更低的 ESR 和更高的可靠性。

2、MLCC在电源单元DC/DC级的应用

在 LLC 谐振电容器电路中，需要使用高压低损耗的 1 类 C0G MLCC，因为LLC谐振变换器是电源单元DC/DC级的主要拓扑结构，具有低开关损耗和高效率的特点。

3、MLCC 在IBC的应用与优势

MLCC凭借其特性，正成为IBC（48V转12V）电源设计中优化电路的关键选择。针对宽输入范围下对高效率、高密度的需求，除传统LLC电路外，搭配SCC（开关电容转换器）的方案中，MLCC作为飞跨电容展现出独特优势：

●高电容密度：可在小面积内实现大电容。

●低ESR/低ESL：对高频纹波和开关瞬态具有较强的抵抗能力，有利于抑制发热。

●可大量并联：分散每个元件的电流和热负载。

4、MLCC优化电路拓扑结构

对于超大功率电路，正在考虑采用飞跨电容的电路拓扑结构。在三电平电路中，理想情况下，飞跨电容两端的电压通常是直流母线电压的一半，因此额定电压为 450V 的多层陶瓷电容 (MLCC) 非常适用。

5、MLCC在典型电源中的应用

典型电源中常用的MLCC产品类型及其应用场景如下：

● Y电容：用于EMI滤波，符合Y2级安全标准。

●旁路电容：额定电压630V及以上的高压MLCC；与大容量电解电容并联使用，以降低纹波。

●缓冲电容：具有优异浪涌耐受性的高压1级MLCC。  　

●谐振电容：针对谐振优化的高压1级MLCC。  　

● 48V输出电容：额定电压100V和75V的大容量MLCC，以减少元件数量。

三、AI驱动MLCC需求升级

AI发展拉动GPU销量激增和迭代加速，引发对芯片电源模块的批量供应和性能升级的双重需求。

GPU算力需求增加，MLCC成为保障高算力设备稳定运行的关键组件。GPU、CPU的供应前段面临多路电源转变，AI服务器采用的CPU、GPU、TPU等高性能IC在进行高运算时，会瞬时发生大的电流变化，超高容MLCC将最大程度减少电压下降，快速补偿电流波动，提高电源稳定。

根据 TrendForce 集邦咨询的最新研究数据显示，2025 年第一季度，全球 MLCC 供应商的出货总量预计将达到 11467 亿颗以上，但季减幅度可能达到 3%。这一数据表明，尽管 MLCC市场整体出货量依然庞大，但市场需求结构正在发生深刻变化。从需求领域来看，2025 年，产业订单需求焦点主要集中在 AI 服务器、加速器及电源管理系统等 AI 基础建设领域，预计这部分需求在 2025 年将实现超过 20%的增长。

目前在AI领域的MLCC产品方面，村田、三星电机、TDK、太阳诱电、三环集团、风华高科、国巨股份、微容科技等国内外企业均有产品布局。

内容参考来源：《面向数据中心（AI服务器）的多层陶瓷电容（MLCC）电源解决方案》、《国金证券-博迁新材(605376)AI需求有望带动毛利率大幅改善》等。

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