コンパクトな電源ユニットで高電力密度を達成する方法

高圧用部品選定

コンデンサー: サイズ対。 Rippleの流れ

多層セラミックコンデンサ(MLCC)は、低電圧レール(例えば、0402パッケージの1μF)の高容量密度を提供します。しかし、その電圧降下および温度係数(X5R、X7R)を考慮する必要があります。電解コンデンサ、ポリマーアルミニウムまたはタンタルポリマータイプは、標準電解物よりも小さい缶でより高いリップ電流処理を提供します。高周波入力フィルタの場合、フィルム(エッセンシャル)およびエッセンシャル特性(エッセンシャル)は、エッセンシャル特性(エッセンシャル)およびエッセンシャル特性(エッセンシャル)に使用されます。

誘導器および変圧器

高飽和フラックス密度(例えば、フェシ、フェニ、または無形態/ナノ結晶)のコア材料は、より小さな断面積を可能にします。 Litzワイヤまたはホイル巻線は、高周波AC損失を削減します。 ウルトラコンパク設計の場合、結合されたインダクタ(例えば、多相コンバーターの場合)は、コアを共有し、部品数を減らすことができます。

半導体:シリコンを超えて

述べたように、GaN と SiC が優先されます。コスト制約が速いボディダイオードや OptimOS デバイスで CoolMOS を使うと、古い平面 MOSFET と比較して密度が向上します。低電圧(<100 V) POL コンバーターでは、アクティブ クランプまたは GaN の統合された電力段階は、いくつかのベンダーから利用できます。

高密度化のための高度なトポロジー

トポロジー選択は、コンポーネントサイズに直接影響します。 分離されたAC-DC電源では、LLC共鳴剤コンバータは、ゼロ電圧切換(ZVS)と小さな磁気による中電電力(200 W〜2 kW)で人気があります。 より高い密度のために、ブリッジレストーテムポールPFCとLLCの組み合わせは、>97%効率を達成することができます。 非絶縁DCでは、インターリードされた多相バックコンバータは、トランスのキャンセルと応答を高速にすることによって、インダクタサイズを削減します。

実践的な課題とトレードオフ

高出力密度は、コスト、EMI、信頼性、製造不能性などの他の目的と競合することが多いです。例えば、周波数をプッシュすると、磁気サイズが低下するが、皮膚効果の損失とEMIを放射する。会議では、排出量(CISPR 22)が追加のフィルタリングを必要とする場合があります。熱サイクルとホットスポットは、コンデンサやは、時間の経過とともに分解し、信頼性試験が必須です。

密な設計のレイアウトの寄生虫のインダクタンスは、電圧オーバーシュートとリングを引き起こし、無駄な電力を必要とするスヌーバーを要求することができます。 エンジニアは、多くの場合、シミュレーション(磁気、熱のためのFEA、電気のためのSPICE)と実用的な制約で性能のバランスを取る設計を収束するために、プロトタイプ測定を反復する。

コンパクトPSUの今後の動向

電力密度のプッシュは、3Dパッケージング(スタックダイ)、GaN-on-Si統合、および高度なゲートドライバなどのトレンドで継続します。 垂直統合を使用して、スルーシリコンビア(TSV)でスタックするなどのダイを使用して、相互接続損失とパラシティックインダクタンスを削減することができます。 単一の磁気コアを共有するマルチレールコンバータは、ポイントオブロードアプリケーションのために新興しています。 また、リアルタイムの最適化によるデジタル制御は、動的に周波数またはフェーズを調整して、変更を削減することができます。 負荷を低減することなく、光を低減します。