데이터 센터, AI 서버 및 산업용 전자 기기를 위한 차세대 고밀도 전원 공급 장치(PSU)는 초고변환 효율(>98.5%)과 높은 전력 밀도(>90 W/inch³)를 요구합니다. 스위칭 주파수가 200 kHz – 500 kHz 기존의 상처형 변압기는 높은 근접 효과 손실, 과도한 누설 인덕턴스 편차, 그리고 열적 병목 현상의 문제를 안고 있습니다.

이 애플리케이션 노트에서는 다음을 위한 포괄적인 설계 방법론을 제시합니다. 2 kW 고출력 밀도 집적형 LLC 공진 변압기 ~을 활용하여 DMEGC DMR59 Mn-Zn 페라이트 코어 ~에서 PQI35/28 (PQI35/11.4 어셈블리) 기하학적 구조. 인터리브 방식의 다층 FR4 평면 PCB 권선 전략, 최적화된 공진 인덕턴스 통합, 저손실 페라이트 소재를 적용함으로써, 이 변압기는 DC-DC 단계의 최고 효율이 98.8% 최대 온도 상승폭이 50°C 미만인 경우.

1. 소재 선정: DMEGC DMR59의 주요 특성

200 kHz 이상의 스위칭 주파수에서 코어 손실(Pv)을 최소화하기 위해서는 올바른 페라이트 소재를 선택하는 것이 기본입니다. DMEGC DMR59 고밀도 LLC 및 위상 변환형 컨버터에 특화되어 설계된 고주파, 초저손실 망간-아연(Mn-Zn) 전력 페라이트입니다.

주요 성능 비교

• 코어 손실 최소값 (Pv): DMR59는 최대 100°C까지 음의 온도 계수를 보이며, 약 80°C~100°C 범위에서 절대 최소 손실 밀도에 도달하는데, 이는 최신 서버 전원 공급 장치의 일반적인 정격 부하 열 작동 범위에 부합합니다.
• 고주파 성능: DMR44나 N97과 같은 기존 소재에 비해, DMR59는 f=300 kHz~500 kHz에서 Bm=50 mT 조건 하에서 부피 손실이 현저히 낮게 유지됩니다.
• 높은 포화 자속 밀도 (Bs): 25°C에서 510 mT, 100°C에서 410 mT를 초과하여, 시동 시, 과도 부하 단계 및 홀드업 상황에서도 충분한 포화 여유를 제공합니다.

2. 통합형 LLC 공진 변압기 기하학적 구조 및 평면형 기계적 구조

그리고 PQI35/28 코어 세트(PQ35와 평면형 PQI 코어 반쪽을 결합한 것)는 자기 단면적(Ae)과 총 높이 간의 최적화된 균형을 제공하며, 표준 규격에 완벽하게 부합합니다. 1U 섀시 제한 사항 (외부 높이 40 mm).

주요 구조적 혁신

1. 인터리브 방식의 다층 평면 PCB 권선: 6~8개의 PCB 층에 걸쳐 완전 인터리빙(P-S-P-S) 방식을 적용하고 1차-2차 권선 비율을 8:2로 설정함으로써, 표피 효과와 와전류로 인한 AC 구리 손실(I2RAC)이 획기적으로 억제됩니다.
2. 제어된 층간 정전용량: PCB 권선층 사이에 FR4 링 스페이서와 카프톤(Kapton) 절연 포일(20 µm – 50 µm)을 삽입하여 정밀한 에어갭 간격을 유지함으로써, 권선 간 공통모드 기생 정전용량(Ccm)을 최소화하고 EMI 노이즈를 저감합니다.
3. 동기 정류(SR)와의 통합: 평면형 2차측 출력 구리 평면은 2차측 전력 MOSFET(예: 80V OptiMOS / GaN 소자)과 직접 연결되어, 종단 저항과 단자 기생 인덕턴스를 최소화합니다.

3. 전기 및 설계 사양

다음은 LLC 하프브리지 DC-DC 단계를 위해 설계된 2 kW PQI35/28 변압기의 전기적 파라미터 요약입니다:

4. 성능 검증 및 열적 파괴

4.1 단계 효율 곡선

질화갈륨(CoolGaN™) 1차 스위치와 저 RDSon OptiMOS™ 동기 정류기를 탑재한 400V~48V LLC 컨버터에 적용할 경우:

• 최대 효율: 98.85% 50% 부하(1000 W)에서.
• 정격 부하 효율: 98.42% 100% 부하(2000 W)에서.

4.2 1U 강제 공기 흐름 조건 하의 열 분포

• 주변 온도 (탐브): 25°C (최대 작동 환경 45°C 시뮬레이션).
• 코어 핫스팟 (DMEGC DMR59): 2000 W의 최대 연속 부하 시 약 68°C.
• PCB 권선 핫스팟: 2차 SR 출력 단자에서 약 73°C.
• 열 예비량: >최대 열 여유치인 100°C보다 25°C 낮은 여유를 확보하여, 코어의 과열을 방지합니다.

5. 열 관리 및 레이아웃 권장 사항

사용자 정의 PCB 설계에서 이러한 벤치마크 결과를 재현하려면:

1. 직접 열 전도 비아: 평면 변압기 실루엣 아래에 고밀도 열 마이크로 비아 배열(직경 0.3 mm, 피치 0.8 mm)을 배치하여 열을 하단의 알루미늄 방열판이나 섀시로 직접 전달합니다.
2. 기류 유도: 인클로저 팬에서 나오는 강제 통풍 공기가 PQI35 자기 코어의 측면과 2차 측 동기 정류 MOSFET을 가로지르도록 배관을 설치하십시오.
3. 대칭 전류 경로: 병렬로 연결된 2차 권선의 전류 트레이스 길이를 동일하게 유지하여 국부적인 전류 집중 및 열 불균형을 방지하십시오.

6. 결론 및 맞춤형 평면 변압기 솔루션

그리고 PQI35/28 2 kW 통합형 LLC 공진 변압기 설계 ~을 활용하여 DMEGC DMR59 페라이트 코어 초고집적·고효율 전력 변환기를 위한 산업용 등급의 설계 청사진을 제공합니다. 고온에서도 코어 손실이 적고, 인터리브 평면 권선의 낮은 교류 구리 손실과 결합되어, 최신 AI 서버 전원 공급 장치 및 고출력 DC-DC 변환기에 효과적인 솔루션이 됩니다.

관련 자료: 고출력 LLC 공진 변압기 솔루션: 500 W ~ 6 kW.

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• OEM/ODM 시제품 제작: 사용자 정의 1차/2차 권선비, 평면형 PCB 적층 구조 및 통합 공진 초크.
• 자재 조달: DMEGC 인증 페라이트 코어(DMR59, DMR95, DMR52), TDK 및 Ferroxcube 소재.
• 테스트 및 품질 보증: 100% 자동 전기 시험, HIPOT 절연 검사 및 열 프로파일링을 완료하십시오.

관련 자기 부품 역량에는 다음을 위한 엔지니어링 및 생산 지원이 포함됩니다. 나노결정성 공통 모드 초크 혹은 a 맞춤형 고전류 인덕터 EMI 필터링, 에너지 저장 및 고전류 전력 변환에 사용됩니다.

당사의 애플리케이션 엔지니어링 팀에 문의해 주십시오 엔지니어링 샘플을 요청하시거나, 이 2kW PQI35/28 평면 변압기 설계를 귀사의 전압, 주파수, 열 설계 및 토폴로지 요구 사항에 맞게 조정하는 방법에 대해 상담하시려면 연락해 주십시오.