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通信インフラ向けのAC-DCコンバーター

5G スモールセルおよびマクロ基地局用のテレコム電源ユニット (PSU) 向けのAC-DCコンバーター ソリューション

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概要

よりエネルギー効率の高い5G通信インフラストラクチャを構築し、AD-DCコンバータ回路パワー半導体ソリューションとのAI統合による電力需要の増加に備えます。好みのトポロジー、スイッチング構成、半導体材料に関係なく、ニーズに最適な幅広い推奨オプションから選択してください。 インフィニオンは、Si、SiC、GaNパワー半導体に精通しており、電力需要の削減とTCO/OPEXの節約を支援します。

利点

  • 高効率およびフラット効率
  • 高電力密度
  • 高信頼性
  • 薄型フォームファクタ
  • 過酷な環境での動作
  • 自然冷却
  • 監視機能
  • WBGソリューション
  • ハードスイッチング用SiC
  • GaNソフトスイッチング用
  • Si、SiC、GaNハイブリッドソリューション

ブロックダイヤグラム

概要

通信インフラ向けAC-DC コンバーター ソリューションについて

インフィニオンは、次のような電力を供給するためのシステムソリューションを提供しています。5Gスモールセルと基地局。これらは、最高の効率(99%)と高い電力密度(73 W/in3)を必要とするアプリケーションです。コンバータシステムの設計者は、インフィニオンのワイドバンドギャップ(WBG)(CoolGaN™および CoolSiC™)およびスーパージャンクション(SJ)(CoolMOS™)パワー半導体を信頼し、最高の電力密度、効率、信頼性を提供します。

インフィニオンのCoolGaN™デバイスは、トーテムポール、ハードスイッチングPFCトポロジーで動作する場合の業界寿命や品質(累積故障率)目標など、一般的なテレコム整流器アプリケーションのニーズを満たすように設計されています。

インフィニオンの半導体ソリューションにより、以下のような一般的な通信用整流器の要件を満たすことができます。

• 高効率と高電力密度の組み合わせ
• メンテナンスコストを最小限に抑えるための高い信頼性
• 低い機械的プロファイル
• 屋外の過酷な環境操作、多くの場合、自然対流冷却
• フラット効率 (通常 30% から 100% の負荷)

以下のタブでは、インフィニオンが5G スモールセルや基地局などの通信インフラ向けのAC-DC パワーコンバーターに提供し、推奨するソリューションをご覧ください。 TI のシステム・ソリューション、評価ボード、リファレンス・デザイン、シミュレーション・ツールなど、市場投入までの時間を短縮するために設計された製品をご覧ください。

PFC (ハードスイッチング) に適したトポロジーの選択

力率補正 (PFC) は、電源の入力電流をAC入力電圧と同期させて、主電源 (AC電源) から引き出される実際の電力を最大化します。 完全なPFC 回路では、入力電流は入力電圧と同相であり (純粋な抵抗の場合と同様)、入力電流の高調波はありません。

昇圧コンバーターは、PFC アプリケーションで使用される最も一般的なトポロジーです。 低電力アプリケーションの場合、臨界導通モード (CrCM) 昇圧トポロジーには、省電力と電力密度の向上という利点があります。 一部の中電力または高電力レベルでは、フィルタリング能力が低く、ピーク電流が高いと、重大な欠点が生じ始めます。 高電力アプリケーションには、連続導通モード (CCM) ブーストトポロジーの方が適しています。 インフィニオンのパワーコントローラー、ゲートドライバIC、PFCブーストダイオード(CoolSiC™ショットキーダイオード600V、650V〜1200V)、およびスイッチ (MOSFET、IGBT、GaN HEMT) のポートフォリオをご覧ください。

絶縁型DC-DC 段 (ソフトスイッチング) に適したトポロジーの選択

絶縁型HV DC-DC 段では、効率と電力密度の問題に本質的な利点があるため、共振トポロジーがますます普及しています。

HB LLC とその変種は、テレコム整流器で好まれるソリューションです。 このトポロジは完全な共振を特徴としているため、電磁干渉(EMI)が少なくなります。また、ソフトスイッチングも実現し、最高の効率を実現します。このデザインは、ハーフブリッジまたはフルブリッジ構成のいずれかで実装でき、可変周波数制御を使用して性能を最適化します。

一方、ZVS-PSFB(Zero Voltage Switching - Phase Shift Full Bridge)トポロジーは、ソフトスイッチング技術を利用して効率を向上させ、スイッチング損失を低減する設計です。1次側のソフトスイッチングにより、ゼロ電圧スイッチング(ZVS)が実現し、スイッチング損失が低減されます。ただし、ZVSは軽負荷で失われるため、効率が低下する可能性があります。2次側はハードスイッチングを使用しているため、スイッチング損失が大きくなる可能性があります。このトポロジーは、位相シフト制御を備えた固定周波数で動作するため、効率的な電力伝送とレギュレーションが可能です。ZVS-PSFBトポロジは、その高い効率と信頼性により、データセンター電源などの高電力アプリケーションで一般的な選択肢ですが、軽負荷でのZVSの損失が制限となる場合があります。

STのパワー・コントローラ、ゲート・ドライバ、MOSFETやGaN HEMTなどのパワー・デバイスのポートフォリオのほか、ソフト・スイッチング・トポロジのリファレンス・デザイン、評価ボード、シミュレーション・モデルもご覧いただけます。

テレコムPSU におけるワイドバンドギャップ (WBG) の利点

研究によると、eモードGaN HEMT は、高出力通信設計において明確な価値を提供します。 GaN は、ハードスイッチング機能により、PFC でCCM 変調などのより簡単な制御方式を使用できると同時に、次善のSi 代替品よりもパフォーマンス上の利点があることがわかります。

インフィニオンの CoolGaN™ スイッチと専用のGaN EiceDRIVER™ ゲートドライバは、CCM 制御のAC-DC 電力変換をハードスイッチングするのに最適です。 特にPFC 段階では、GaN ベースのソリューションは、複雑さを大幅に軽減しながら、0.3%の範囲の効率上の利点を伴う明確な値を示します。 優れたスイッチング性能指数により、GaN は、特に高スイッチング周波数動作での共振ソフトスイッチングアプリケーションに最適なソリューションです。

インフィニオンの CoolSiC™ デバイスは、トーテムポールPFC やハードスイッチングおよびソフトスイッチングHB トポロジーにおいて、高出力と高温動作条件を組み合わせたSMPS アプリケーションにも適しており、標準的な駆動コンセプトを活用しています。

衛星通信およびハイブリッド通信電力システム

インフィニオンは、テレコム整流器における以下のトレンドを特定し、分析しました。

衛星ベースの通信では、インターネットアクセスキットをサポートするために、300〜800Wの範囲の電源ユニット(PSU)が使用されています。これらのPSUは、既存の衛星インターネットコンステレーションを活用して5Gネットワークを補完するように設計されています。これらのPSUの設計要件には、大量生産に対応するためのコンパクトでファンレスでコスト重視のソリューションが含まれます。

ハイブリッドテレコムパワーシステムは、整流器とインバータの両方の機能を統合した電源ユニット(PSU)を利用しており、双方向の電力変換を可能にします。これらのシステムは、スマートグリッド、太陽光発電(PV)システム、エネルギー貯蔵システム(ESS)、電気自動車(EV)充電器と統合するように設計されています。これらのシステムでは、炭化ケイ素(SiC)や窒化ガリウム(GaN)などのワイドバンドギャップ(WBG)技術の使用が一般的であり、より効率的でコンパクトな電力変換トポロジーが可能になります。

液冷とRAN

液冷基地局は、基地局全体の冷却に使用されるのと同じパイプラインで冷却される電源ユニット(PSU)を利用しており、冷却コストの削減を通じて運用コスト(OPEX)を削減します。最大10〜15kWの高出力(Pout)要件に対応するために、表面実装デバイス(SMD)の上面冷却ソリューションを含む新しいPSUトポロジが開発されています。また、これらの液冷式PSUは、AIパワーや電気自動車(EV)の充電など、高出力密度と効率的な冷却が重要な他のアプリケーションとの相乗効果も発揮します。

オープンでクラウドベースの無線アクセスネットワーク(RAN)は、通信アプリケーションとデータセンターアプリケーション間の共有電力アーキテクチャの一部である電源ユニット(PSU)の開発を推進しています。エッジ データセンターの規模の経済を活用することで、これらの PSU は、サーバーおよびデータセンター アプリケーションで一般的に使用される Open Compute Project (OCP) および Microsoft Cloud Ready Power Supply (M-CRPS) 標準の仕様を満たすように設計されています。このようにテレコムとデータセンターの電源アーキテクチャを融合させることで、より効率的でコスト効率の高い電源ソリューションが可能になります。

通信インフラ向けAC-DC コンバーター ソリューションについて

インフィニオンは、次のような電力を供給するためのシステムソリューションを提供しています。5Gスモールセルと基地局。これらは、最高の効率(99%)と高い電力密度(73 W/in3)を必要とするアプリケーションです。コンバータシステムの設計者は、インフィニオンのワイドバンドギャップ(WBG)(CoolGaN™および CoolSiC™)およびスーパージャンクション(SJ)(CoolMOS™)パワー半導体を信頼し、最高の電力密度、効率、信頼性を提供します。

インフィニオンのCoolGaN™デバイスは、トーテムポール、ハードスイッチングPFCトポロジーで動作する場合の業界寿命や品質(累積故障率)目標など、一般的なテレコム整流器アプリケーションのニーズを満たすように設計されています。

インフィニオンの半導体ソリューションにより、以下のような一般的な通信用整流器の要件を満たすことができます。

• 高効率と高電力密度の組み合わせ
• メンテナンスコストを最小限に抑えるための高い信頼性
• 低い機械的プロファイル
• 屋外の過酷な環境操作、多くの場合、自然対流冷却
• フラット効率 (通常 30% から 100% の負荷)

以下のタブでは、インフィニオンが5G スモールセルや基地局などの通信インフラ向けのAC-DC パワーコンバーターに提供し、推奨するソリューションをご覧ください。 TI のシステム・ソリューション、評価ボード、リファレンス・デザイン、シミュレーション・ツールなど、市場投入までの時間を短縮するために設計された製品をご覧ください。

PFC (ハードスイッチング) に適したトポロジーの選択

力率補正 (PFC) は、電源の入力電流をAC入力電圧と同期させて、主電源 (AC電源) から引き出される実際の電力を最大化します。 完全なPFC 回路では、入力電流は入力電圧と同相であり (純粋な抵抗の場合と同様)、入力電流の高調波はありません。

昇圧コンバーターは、PFC アプリケーションで使用される最も一般的なトポロジーです。 低電力アプリケーションの場合、臨界導通モード (CrCM) 昇圧トポロジーには、省電力と電力密度の向上という利点があります。 一部の中電力または高電力レベルでは、フィルタリング能力が低く、ピーク電流が高いと、重大な欠点が生じ始めます。 高電力アプリケーションには、連続導通モード (CCM) ブーストトポロジーの方が適しています。 インフィニオンのパワーコントローラー、ゲートドライバIC、PFCブーストダイオード(CoolSiC™ショットキーダイオード600V、650V〜1200V)、およびスイッチ (MOSFET、IGBT、GaN HEMT) のポートフォリオをご覧ください。

絶縁型DC-DC 段 (ソフトスイッチング) に適したトポロジーの選択

絶縁型HV DC-DC 段では、効率と電力密度の問題に本質的な利点があるため、共振トポロジーがますます普及しています。

HB LLC とその変種は、テレコム整流器で好まれるソリューションです。 このトポロジは完全な共振を特徴としているため、電磁干渉(EMI)が少なくなります。また、ソフトスイッチングも実現し、最高の効率を実現します。このデザインは、ハーフブリッジまたはフルブリッジ構成のいずれかで実装でき、可変周波数制御を使用して性能を最適化します。

一方、ZVS-PSFB(Zero Voltage Switching - Phase Shift Full Bridge)トポロジーは、ソフトスイッチング技術を利用して効率を向上させ、スイッチング損失を低減する設計です。1次側のソフトスイッチングにより、ゼロ電圧スイッチング(ZVS)が実現し、スイッチング損失が低減されます。ただし、ZVSは軽負荷で失われるため、効率が低下する可能性があります。2次側はハードスイッチングを使用しているため、スイッチング損失が大きくなる可能性があります。このトポロジーは、位相シフト制御を備えた固定周波数で動作するため、効率的な電力伝送とレギュレーションが可能です。ZVS-PSFBトポロジは、その高い効率と信頼性により、データセンター電源などの高電力アプリケーションで一般的な選択肢ですが、軽負荷でのZVSの損失が制限となる場合があります。

STのパワー・コントローラ、ゲート・ドライバ、MOSFETやGaN HEMTなどのパワー・デバイスのポートフォリオのほか、ソフト・スイッチング・トポロジのリファレンス・デザイン、評価ボード、シミュレーション・モデルもご覧いただけます。

テレコムPSU におけるワイドバンドギャップ (WBG) の利点

研究によると、eモードGaN HEMT は、高出力通信設計において明確な価値を提供します。 GaN は、ハードスイッチング機能により、PFC でCCM 変調などのより簡単な制御方式を使用できると同時に、次善のSi 代替品よりもパフォーマンス上の利点があることがわかります。

インフィニオンの CoolGaN™ スイッチと専用のGaN EiceDRIVER™ ゲートドライバは、CCM 制御のAC-DC 電力変換をハードスイッチングするのに最適です。 特にPFC 段階では、GaN ベースのソリューションは、複雑さを大幅に軽減しながら、0.3%の範囲の効率上の利点を伴う明確な値を示します。 優れたスイッチング性能指数により、GaN は、特に高スイッチング周波数動作での共振ソフトスイッチングアプリケーションに最適なソリューションです。

インフィニオンの CoolSiC™ デバイスは、トーテムポールPFC やハードスイッチングおよびソフトスイッチングHB トポロジーにおいて、高出力と高温動作条件を組み合わせたSMPS アプリケーションにも適しており、標準的な駆動コンセプトを活用しています。

衛星通信およびハイブリッド通信電力システム

インフィニオンは、テレコム整流器における以下のトレンドを特定し、分析しました。

衛星ベースの通信では、インターネットアクセスキットをサポートするために、300〜800Wの範囲の電源ユニット(PSU)が使用されています。これらのPSUは、既存の衛星インターネットコンステレーションを活用して5Gネットワークを補完するように設計されています。これらのPSUの設計要件には、大量生産に対応するためのコンパクトでファンレスでコスト重視のソリューションが含まれます。

ハイブリッドテレコムパワーシステムは、整流器とインバータの両方の機能を統合した電源ユニット(PSU)を利用しており、双方向の電力変換を可能にします。これらのシステムは、スマートグリッド、太陽光発電(PV)システム、エネルギー貯蔵システム(ESS)、電気自動車(EV)充電器と統合するように設計されています。これらのシステムでは、炭化ケイ素(SiC)や窒化ガリウム(GaN)などのワイドバンドギャップ(WBG)技術の使用が一般的であり、より効率的でコンパクトな電力変換トポロジーが可能になります。

液冷とRAN

液冷基地局は、基地局全体の冷却に使用されるのと同じパイプラインで冷却される電源ユニット(PSU)を利用しており、冷却コストの削減を通じて運用コスト(OPEX)を削減します。最大10〜15kWの高出力(Pout)要件に対応するために、表面実装デバイス(SMD)の上面冷却ソリューションを含む新しいPSUトポロジが開発されています。また、これらの液冷式PSUは、AIパワーや電気自動車(EV)の充電など、高出力密度と効率的な冷却が重要な他のアプリケーションとの相乗効果も発揮します。

オープンでクラウドベースの無線アクセスネットワーク(RAN)は、通信アプリケーションとデータセンターアプリケーション間の共有電力アーキテクチャの一部である電源ユニット(PSU)の開発を推進しています。エッジ データセンターの規模の経済を活用することで、これらの PSU は、サーバーおよびデータセンター アプリケーションで一般的に使用される Open Compute Project (OCP) および Microsoft Cloud Ready Power Supply (M-CRPS) 標準の仕様を満たすように設計されています。このようにテレコムとデータセンターの電源アーキテクチャを融合させることで、より効率的でコスト効率の高い電源ソリューションが可能になります。

ドキュメント

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デザイン リソース

開発者コミュニティ

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