データセンター、AIサーバー、および産業用電子機器向けの次世代高密度電源ユニット（PSU）には、超高変換効率（>98.5%）と高電力密度（>90 W/inch³）が求められています。スイッチング周波数が 200 kHz ～ 500 kHz この方式では、従来の巻線変圧器は、高い近接効果損失、過度な漏れインダクタンスのばらつき、および熱的なボトルネックといった問題を抱えている。.

本アプリケーションノートでは、以下のための包括的な設計手法について解説します。 2 kWの高電力密度集積型LLC共振トランス を活用して DMEGC DMR59 マンガン・亜鉛フェライトコア ～の中で PQI35/28（PQI35/11.4 アセンブリ） 幾何学的設計。インターリーブ方式の多層FR4平面PCB巻線手法、最適化された共振インダクタンスの統合、および低損失フェライトの選定により、このトランスはDC-DC段のピーク効率において 98.8% 最大温度上昇が50°C未満であること。.

1. 材料選定：DMEGC DMR59 の主な特性

200 kHzを超えるスイッチング周波数において、コア損失（Pv）を最小限に抑えるためには、適切なフェライト材料を選択することが不可欠です。. DMEGC DMR59 高密度LLCコンバータおよび位相シフト型コンバータ向けに特別に設計された、高周波・超低損失のマンガン・亜鉛（Mn-Zn）パワーフェライトです。.

主要性能の比較

• コア損失の最小値 (Pv): DMR59は、100°Cまで負の温度係数を持つ電力損失特性を備えており、80°C～100°C付近で絶対的な最小損失密度に達します。これは、最新のサーバー用PSUの一般的な全負荷時の動作温度範囲と一致しています。.
• 高周波性能: DMR44やN97といった従来の材料と比較して、DMR59は、Bm=50 mT、f=300 kHz～500 kHzの条件下において、体積損失が著しく低い状態を維持している。.
• 高飽和磁束密度（Bs）: 25°Cで510 mT、100°Cで410 mTを上回り、起動時、過渡的な負荷変動時、およびホールドアップ時においても、十分な飽和マージンを確保しています。.

2. LLC共振トランス構造と平面型機械構造の統合

について PQI35/28 コアセット（PQ35と平面型PQIコアの半分を組み合わせたもの）は、磁気断面積（Ae）と全高のバランスが最適化されており、標準仕様にシームレスに適合します。 1Uシャーシの制限（外形高さ40 mm）.

主要な構造上の革新

1. インターリーブ多層平面PCB巻線： 6～8層のPCBにおいて、完全インターリーブ（P-S-P-S）構成で一次側と二次側の巻数比を8:2とすることで、表皮効果および渦電流に起因する交流銅損（I²RAC）を劇的に低減できる。.
2. 層間静電容量の制御：PCBの巻線層の間にFR4製リングスペーサーおよびカプトン製絶縁箔（20 µm～50 µm）を挿入することで、エアギャップの間隔を正確に維持し、巻線間のコモンモード寄生静電容量（Ccm）を最小限に抑え、EMIノイズを低減します。.
3. 同期整流（SR）との統合：二次側の出力用銅プレーンは、二次側のパワーMOSFET（例：80V OptiMOS／GaNデバイス）と直接接続されており、終端抵抗および端子の寄生インダクタンスを最小限に抑えています。.

3. 電気・設計仕様

以下は、LLCハーフブリッジDC-DC段向けに設計された2 kWのPQI35/28変圧器の電気的パラメータの概要です：

4. 性能検証および熱的破壊

4.1 ステージ効率曲線

窒化ガリウム（CoolGaN™）製の一次側スイッチと、低RDSonのOptiMOS™同期整流素子を搭載した400V～48VのLLCコンバータに採用した場合：

• 最高効率： 98.85% 50%負荷時（1000 W）。.
• 定格負荷時の効率： 98.42% 100%負荷時（2000 W）。.

4.2 1U強制通気条件下における温度分布

• 周囲温度 (タンブ): 25°C（最大動作環境温度45°Cをシミュレート）。.
• コア・ホットスポット（DMEGC DMR59）： 2000 Wのフル連続負荷時、約68°C。.
• PCBの巻線におけるホットスポット： 二次側SR出力の端子で約73°C。.
• 熱的予備力： >100°Cの最大熱マージンより25°C低い余裕を持たせることで、コアの過熱による暴走を防止する。.

5. 熱管理およびレイアウトに関する推奨事項

独自のPCB設計でこれらのベンチマーク結果を再現するには：

1. 直接熱ビア： 平面トランスフォーマーのフットプリントの下に、高密度に配置された熱伝導用マイクロビア（直径0.3 mm、ピッチ0.8 mm）を配置し、熱を下部のアルミニウム製ヒートシンクまたはシャーシに直接伝達する。.
2. 気流の誘導： 筐体ファンからの強制空気を、PQI35の磁気コアの側面および二次側の同期整流用MOSFETに吹き付けるように配管してください。.
3. 対称的な電流経路： 並列の二次巻線については、電流の局所的な集中や熱バランスの乱れを防ぐため、各電流トレースの長さを均一に保つこと。.

6. まとめとカスタム平面トランスソリューション

について PQI35/28 2 kW 統合型LLC共振トランス設計 を活用して DMEGC DMR59 フェライトコア 超高密度・高効率の電力変換器に向けた、産業用グレードの設計指針を提供します。高温下でもコア損失が低く、さらにインターリーブ型平面巻線による交流銅損失も少ないという特長を兼ね備えているため、最新のAIサーバー用電源や高出力DC-DCコンバータにとって有効な選択肢となります。.

関連記事： 高出力LLC共振トランスソリューション：500 W～6 kW.

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• 資材調達： DMEGC認定フェライトコア（DMR59、DMR95、DMR52）、TDK、およびFerroxcubeの材料。.
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