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ZSC

インフィニオンのゼロ電圧スイッチング スイッチトキャパシタ コンバーター (ZSC) トポロジー – 48 V入力システムに高効率と電力密度を実現

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概要

インフィニオンの高性能プロセッサ (CPU、GPU、SoC、ASICなど) 向けの2段階式48 V/54 V ZSCアーキテクチャは、性能を損なうことなく、さまざまな電力レベルに対応する、実装と拡張性の柔軟性を提供します。

利点

  • 高効率
  • 優れた電力密度
  • 設計のシンプルさ
  • 実装の柔軟性
  • スケーラブルなアーキテクチャ
  • ロバストなシステム設計

ブロックダイヤグラム

概要

ゼロ電圧スイッチング スイッチトキャパシタ コンバーター (ZSC)

48Vの配電アーキテクチャは、I2R損失を大幅に削減できますが、効率的な電圧変換やシステムの安定性など、多くの課題も抱えています。インフィニオンは、独自のZSCおよびHSCトポロジーの導入により、これらの課題にうまく対処しています。

ZSCトポロジは、48Vのバス電圧から12Vの非安定化レールを提供し、主にスイッチとコンデンサに依存して、高電圧レールから低電圧レールにエネルギーを転送します。このトポロジーは本質的にゼロ電圧スイッチング動作を保証し、高いスイッチング周波数と高電力密度を可能にします。これは、コンバータの両端の電圧がゼロになると、コンバータのスイッチがオン/オフすることを意味するため、スイッチング損失が最小限に抑えられ、効率が向上します。さらに、コンバータは高周波で動作するため、インダクタやトランスなどのより小さな磁気部品を使用できるため、スペースを節約し、コストを削減できます。

インフィニオンのZSCトポロジーをお客様の設計に使用することで、48V配電アーキテクチャの課題に効果的に対処し、システムの効率性とコスト削減を確保することができます。

ZSC トポロジー操作

ZSCは、過共振方式で動作する共振スイッチコンバータです。インダクタとコンデンサ(L-C)ネットワークは、各スイッチング期間で正弦波状に変化する電流波形と電圧波形を生成します。最適な効率は、スイッチング周波数がLC共振周波数と一致し、スイッチングがゼロ電圧とゼロ電流の両方になる場合に発生します。完全なマッチングは不可能ですが、ZVSインダクタはミスマッチを補償して、各MOSFETがオンになる前に電圧を強制的にゼロにします。

この方式では、ループインダクタンスの主な要因はMOSFET、特にパッケージとコンデンサのクリップ、ボンドワイヤ、リードフレームです。PCBは、ループ周辺のインダクタンスにも寄与します。過共振動作とZVSインダクタの追加により、完璧なPCBレイアウトは必要ありません。ただし、最適な効率を得るには、電力形状の配線を堅牢にしてI2R損失を最小限に抑え、小さな整流ループを使用してAC損失を最小限に抑える必要があります。

興味。インフィニオンは、ピーク性能と効率を確保するための物理設計プロセスの指針となるPCB設計の推奨事項を提供します。以下でそれらをチェックしてください。

ZSC トポロジーの機能

設計にZSCを使用する主な利点は、高効率と高密度を実現できることです。

これは、より優れた性能指数(Vout、2 x Vout)を備えた低電圧FETを使用することで実現されます。ZSCトポロジは、性能指数(FOM)が優れた低電圧MOSFETを使用して、高効率を実現し、スイッチング損失を低減し、高周波動作を可能にします。スイッチング損失をさらに最小限に抑えるために、ZSCは部品の許容誤差や入力電圧の変動に関係なく、ソフトスイッチング動作を使用します(LZVSはソフトスイッチング機能を提供します)。

さらに、ZVSスイッチングにより、高スイッチング周波数の動作が可能です。ゼロ電圧でスイッチングすることにより、MOSFETはより高い周波数を処理でき、より高い電力密度に貢献します。固有のドロップ電流シェアリング機能により、並列動作が簡素化され、各ZSCが電力伝達関数に寄与して電力出力が増加します。

インフィニオンのZSCを設計に採用する場合、メイン電流経路にパワー磁気部品を使用する必要はありません。LC共振ネットワークは電力伝達機能を提供し、大きくて高価なトランスを排除し、回路のサイズとコストを削減します。

ゼロ電圧スイッチング スイッチトキャパシタ コンバーター (ZSC)

48Vの配電アーキテクチャは、I2R損失を大幅に削減できますが、効率的な電圧変換やシステムの安定性など、多くの課題も抱えています。インフィニオンは、独自のZSCおよびHSCトポロジーの導入により、これらの課題にうまく対処しています。

ZSCトポロジは、48Vのバス電圧から12Vの非安定化レールを提供し、主にスイッチとコンデンサに依存して、高電圧レールから低電圧レールにエネルギーを転送します。このトポロジーは本質的にゼロ電圧スイッチング動作を保証し、高いスイッチング周波数と高電力密度を可能にします。これは、コンバータの両端の電圧がゼロになると、コンバータのスイッチがオン/オフすることを意味するため、スイッチング損失が最小限に抑えられ、効率が向上します。さらに、コンバータは高周波で動作するため、インダクタやトランスなどのより小さな磁気部品を使用できるため、スペースを節約し、コストを削減できます。

インフィニオンのZSCトポロジーをお客様の設計に使用することで、48V配電アーキテクチャの課題に効果的に対処し、システムの効率性とコスト削減を確保することができます。

ZSC トポロジー操作

ZSCは、過共振方式で動作する共振スイッチコンバータです。インダクタとコンデンサ(L-C)ネットワークは、各スイッチング期間で正弦波状に変化する電流波形と電圧波形を生成します。最適な効率は、スイッチング周波数がLC共振周波数と一致し、スイッチングがゼロ電圧とゼロ電流の両方になる場合に発生します。完全なマッチングは不可能ですが、ZVSインダクタはミスマッチを補償して、各MOSFETがオンになる前に電圧を強制的にゼロにします。

この方式では、ループインダクタンスの主な要因はMOSFET、特にパッケージとコンデンサのクリップ、ボンドワイヤ、リードフレームです。PCBは、ループ周辺のインダクタンスにも寄与します。過共振動作とZVSインダクタの追加により、完璧なPCBレイアウトは必要ありません。ただし、最適な効率を得るには、電力形状の配線を堅牢にしてI2R損失を最小限に抑え、小さな整流ループを使用してAC損失を最小限に抑える必要があります。

興味。インフィニオンは、ピーク性能と効率を確保するための物理設計プロセスの指針となるPCB設計の推奨事項を提供します。以下でそれらをチェックしてください。

ZSC トポロジーの機能

設計にZSCを使用する主な利点は、高効率と高密度を実現できることです。

これは、より優れた性能指数(Vout、2 x Vout)を備えた低電圧FETを使用することで実現されます。ZSCトポロジは、性能指数(FOM)が優れた低電圧MOSFETを使用して、高効率を実現し、スイッチング損失を低減し、高周波動作を可能にします。スイッチング損失をさらに最小限に抑えるために、ZSCは部品の許容誤差や入力電圧の変動に関係なく、ソフトスイッチング動作を使用します(LZVSはソフトスイッチング機能を提供します)。

さらに、ZVSスイッチングにより、高スイッチング周波数の動作が可能です。ゼロ電圧でスイッチングすることにより、MOSFETはより高い周波数を処理でき、より高い電力密度に貢献します。固有のドロップ電流シェアリング機能により、並列動作が簡素化され、各ZSCが電力伝達関数に寄与して電力出力が増加します。

インフィニオンのZSCを設計に採用する場合、メイン電流経路にパワー磁気部品を使用する必要はありません。LC共振ネットワークは電力伝達機能を提供し、大きくて高価なトランスを排除し、回路のサイズとコストを削減します。

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