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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

AIによってデータセンターの電力要件はかつてないほど高まっていますが、同時に電力変換ソリューション向けのスペースも少なくなっています。 電力密度を高める必要性と、より高い変換効率の追求が、技術革新の原動力です。

インフィニオンは、半導体業界で長年の経験を持ち、高効率、高密度を実現し、高いピーク電力をサポート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つがハイブリッド スイッチトキャパシタ (HSC) で、スイッチトキャパシタのエネルギー伝達の利点と結合磁気部品の降圧の利点を組み合わせたものです。 HSCは、従来のLLCのようにZVSモードで動作するのに共振部品の許容誤差に依存せずに、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、5:1、6:1、8:1などの同じ数のFETを維持しながら、最適化された変換比として異なる比率を持つことができます。これにより、システムにFETを追加しないため、スペースを節約し、コストを削減することができます。

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関係なく、ソフトスイッチング動作が実現されます。MTAのLkは、Cres1、Cres2、およびCoutコンデンサのソフト充電を保証します。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になり、アーキテクチャの低コスト化にも貢献します。また、このトポロジーは、入力電流リップルを減少させる対称動作を特長としており、システム効率の向上につながります。

HSCコンバータトポロジを設計に使用すると、システム部品の数を減らすことができ、柔軟な設計により、入力電圧、出力電圧、電流、および電力レベルに応じて幅広いアプリケーションをサポートします。

同期 HSC (S-HSC) トポロジーの概要と価値提案

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、HSCトポロジーを基盤としており、4:1の固定比率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低コストで低BOMであり、eFuseなしで起動できます。 このため、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、分離された共振コンデンサが特長で、最適な並列銅の使用と単巻変圧器の低AC抵抗を実現します。 これにより、効率が向上し、電力損失が低減され、インフィニオンのソリューションは市場において高い互換性を発揮します。 さらに、共振ソフトスイッチングと最適化された並列銅の使用により、電磁干渉 (EMI) が低減されるため、医療機器、車載用電子機器、家電製品など、EMIを制御する必要がある場所で利用することができます。

ハイブリッド スイッチトキャパシタ (HSC) コンバーター

AIによってデータセンターの電力要件はかつてないほど高まっていますが、同時に電力変換ソリューション向けのスペースも少なくなっています。 電力密度を高める必要性と、より高い変換効率の追求が、技術革新の原動力です。

インフィニオンは、半導体業界で長年の経験を持ち、高効率、高密度を実現し、高いピーク電力をサポート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つがハイブリッド スイッチトキャパシタ (HSC) で、スイッチトキャパシタのエネルギー伝達の利点と結合磁気部品の降圧の利点を組み合わせたものです。 HSCは、従来のLLCのようにZVSモードで動作するのに共振部品の許容誤差に依存せずに、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、5:1、6:1、8:1などの同じ数のFETを維持しながら、最適化された変換比として異なる比率を持つことができます。これにより、システムにFETを追加しないため、スペースを節約し、コストを削減することができます。

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関係なく、ソフトスイッチング動作が実現されます。MTAのLkは、Cres1、Cres2、およびCoutコンデンサのソフト充電を保証します。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になり、アーキテクチャの低コスト化にも貢献します。また、このトポロジーは、入力電流リップルを減少させる対称動作を特長としており、システム効率の向上につながります。

HSCコンバータトポロジを設計に使用すると、システム部品の数を減らすことができ、柔軟な設計により、入力電圧、出力電圧、電流、および電力レベルに応じて幅広いアプリケーションをサポートします。

同期 HSC (S-HSC) トポロジーの概要と価値提案

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、HSCトポロジーを基盤としており、4:1の固定比率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低コストで低BOMであり、eFuseなしで起動できます。 このため、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、分離された共振コンデンサが特長で、最適な並列銅の使用と単巻変圧器の低AC抵抗を実現します。 これにより、効率が向上し、電力損失が低減され、インフィニオンのソリューションは市場において高い互換性を発揮します。 さらに、共振ソフトスイッチングと最適化された並列銅の使用により、電磁干渉 (EMI) が低減されるため、医療機器、車載用電子機器、家電製品など、EMIを制御する必要がある場所で利用することができます。

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