Hybrid switched-capacitor converter (HSC)

Next generation two-stage resonant converter – hybrid switched-capacitor (HSC) converter topology with high peak current capability

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概要

The proprietary hybrid switched-capacitor (HSC) converter topology for 48 V IBCs from Infineon enables high step-down conversion at high efficiency. By combining switching capacitor cells with a multi-tapped autotransformer (MTA), the HSC topology can provide high peak currents and reach the market leading power density and efficiency required for AI factories.

利点

  • Reduced conduction losses
  • High power density
  • High efficiency solution
  • High peak current capability
  • Simplified drive system
  • Soft switching operation

ブロック図

概要

ハイブリッド スイッチトキャパシタ (HSC) コンバーター

生成AIによりデータセンター電源の要件はますます高まる一方で、中間バス コンバーター (IBC) ソリューションに割けるスペースは同時に縮小しています。電力密度を高める必要性と、より高い変換効率の追求が、技術革新を促進しています。

半導体業界で長年の経験を持つインフィニオンは、高効率 高密度を実現し、高いピーク電力に対応する新しいトポロジーを数多く開発してきました。これらのトポロジーの1つが、非安定化のIBCハイブリッド スイッチトキャパシタ (HSC) です。HSCは、スイッチトキャパシタによるエネルギー伝達の利点と、結合磁気部品による降圧の利点を組み合わせています。HSCは、従来のLLCのようにZVSモードで動作するために共振部品の許容誤差に依存せず、広い入力範囲で効率的に動作できます。

インフィニオンのHSCの利点

インフィニオンのHSCソリューションでは、FETの数を同じに保ったまま、5: 1、6: 1、8: 1など、最適な変換比としてさまざまな比率を選択できます。これにより、システムに追加のFETを加えることなく、スペースを節約し、コストを削減できます。

HSCでは、MTAのLmがソフトスイッチング機能を提供するため、部品の許容誤差や入力電圧の変動にかかわらずソフトスイッチング動作を実現できます。MTAのLkにより、Cres1、Cres2、およびCoutコンデンサのソフトチャージングが確保されます。さらに、簡素化された駆動システムによりチャージポンプが不要となり、アーキテクチャの低コスト化にも貢献します。このトポロジーは対称動作も特長で、入力電流リップルを低減し、システム効率の向上につながります。

設計にHSCコンバータ トポロジーを採用すると、システム部品点数を削減できます。また、この柔軟な設計により、入力電圧 出力電圧 電流 電力レベルに応じて、幅広いアプリケーションに対応できます。

同期 HSC (S-HSC) トポロジーの概要と価値提案

HSCトポロジーを基盤として、インフィニオンの4: 1非安定化 同期ハイブリッド スイッチトキャパシタ (S-HSC) トポロジーは、4: 1の固定比を持つ共振ソフトスイッチ コンバーターです。このソリューションはBoMが少なく低コストで、eFuseなしで起動できます。そのため、信頼性と費用対効果が高く、幅広いアプリケーションのユースケースに適しています。

S-HSCトポロジーは共振コンデンサを分離しており、並列銅の利用を最適化するとともに、単巻変圧器のAC抵抗を低減します。これにより、効率が向上し、電力損失が低減されるため、インフィニオンのソリューションは市場で高い競争力を発揮します。さらに、共振ソフトスイッチングの採用と、最適化された並列銅の使用による電磁干渉 (EMI) の低減により、医療機器、車載用電子機器、民生用電子機器など、EMIを制御する必要がある用途で利用できます。

ハイブリッド スイッチトキャパシタ (HSC) コンバーター

生成AIによりデータセンター電源の要件はますます高まる一方で、中間バス コンバーター (IBC) ソリューションに割けるスペースは同時に縮小しています。電力密度を高める必要性と、より高い変換効率の追求が、技術革新を促進しています。

半導体業界で長年の経験を持つインフィニオンは、高効率 高密度を実現し、高いピーク電力に対応する新しいトポロジーを数多く開発してきました。これらのトポロジーの1つが、非安定化のIBCハイブリッド スイッチトキャパシタ (HSC) です。HSCは、スイッチトキャパシタによるエネルギー伝達の利点と、結合磁気部品による降圧の利点を組み合わせています。HSCは、従来のLLCのようにZVSモードで動作するために共振部品の許容誤差に依存せず、広い入力範囲で効率的に動作できます。

インフィニオンのHSCの利点

インフィニオンのHSCソリューションでは、FETの数を同じに保ったまま、5: 1、6: 1、8: 1など、最適な変換比としてさまざまな比率を選択できます。これにより、システムに追加のFETを加えることなく、スペースを節約し、コストを削減できます。

HSCでは、MTAのLmがソフトスイッチング機能を提供するため、部品の許容誤差や入力電圧の変動にかかわらずソフトスイッチング動作を実現できます。MTAのLkにより、Cres1、Cres2、およびCoutコンデンサのソフトチャージングが確保されます。さらに、簡素化された駆動システムによりチャージポンプが不要となり、アーキテクチャの低コスト化にも貢献します。このトポロジーは対称動作も特長で、入力電流リップルを低減し、システム効率の向上につながります。

設計にHSCコンバータ トポロジーを採用すると、システム部品点数を削減できます。また、この柔軟な設計により、入力電圧 出力電圧 電流 電力レベルに応じて、幅広いアプリケーションに対応できます。

同期 HSC (S-HSC) トポロジーの概要と価値提案

HSCトポロジーを基盤として、インフィニオンの4: 1非安定化 同期ハイブリッド スイッチトキャパシタ (S-HSC) トポロジーは、4: 1の固定比を持つ共振ソフトスイッチ コンバーターです。このソリューションはBoMが少なく低コストで、eFuseなしで起動できます。そのため、信頼性と費用対効果が高く、幅広いアプリケーションのユースケースに適しています。

S-HSCトポロジーは共振コンデンサを分離しており、並列銅の利用を最適化するとともに、単巻変圧器のAC抵抗を低減します。これにより、効率が向上し、電力損失が低減されるため、インフィニオンのソリューションは市場で高い競争力を発揮します。さらに、共振ソフトスイッチングの採用と、最適化された並列銅の使用による電磁干渉 (EMI) の低減により、医療機器、車載用電子機器、民生用電子機器など、EMIを制御する必要がある用途で利用できます。

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