De volgende generatie voedingen (PSU’s) met hoge dichtheid voor datacenters, AI-servers en industriële elektronica vereist een ultrahoge omzettingsrendement (>98,5%) en een hoge vermogensdichtheid (>90 W/inch³). Naarmate de schakelfrequenties toenemen tot in de 200 kHz – 500 kHz In het huidige systeem kampen conventionele wondtransformatoren met hoge verliezen door het nabijheidseffect, buitensporige variaties in de lekinductie en thermische knelpunten.

In deze toepassingsnota wordt een uitgebreide ontwerpmethodologie gepresenteerd voor een Geïntegreerde LLC-resonantietransformator met een hoog vermogen per eenheid oppervlakte van 2 kW door gebruik te maken van de DMEGC DMR59 Mn-Zn-ferrietkern in een PQI35/28 (PQI35/11,4-assemblage) geometrie. Door gebruik te maken van een strategie waarbij de FR4-printplaten in meerdere lagen afwisselend worden gewikkeld, een geoptimaliseerde integratie van de resonantie-inductie en de keuze voor ferriet met een laag verlies, bereikt de transformator een piekrendement in de DC-DC-fase van meer dan 98.8% met een maximale temperatuurstijging van minder dan 50 °C.

1. Materiaalkeuze: Belangrijkste kenmerken van DMEGC DMR59

De keuze van het juiste ferrietmateriaal is van cruciaal belang om de kernverliezen (Pv) bij schakelfrequenties boven 200 kHz tot een minimum te beperken. DMEGC DMR59 is een hoogfrequent, ultralage-verlies-mangaanzink (Mn-Zn) vermogensferriet dat speciaal is ontwikkeld voor LLC-omvormers en faseverschuivingsomvormers met hoge dichtheid.

Vergelijking van de belangrijkste prestatiekenmerken

• Minimale kernverliezen (Pv): De DMR59 heeft een negatieve temperatuurcoëfficiënt voor vermogensverlies tot 100 °C en bereikt zijn absolute minimale verliesdichtheid bij temperaturen tussen 80 °C en 100 °C — wat overeenkomt met het gebruikelijke thermische werkingsbereik bij volledige belasting van moderne servervoedingen.
• Prestaties bij hoge frequenties: In vergelijking met traditionele materialen zoals DMR44 of N97 vertoont DMR59 aanzienlijk lagere volumeverliezen bij Bm=50 mT en f=300 kHz–500 kHz.
• Hoge verzadigde fluxdichtheid (Bs): Overtrekt 510 mT bij 25 °C en 410 mT bij 100 °C, waardoor ruime verzadigingsmarges worden geboden tijdens het opstarten, bij tijdelijke belastingspieken en bij hold-up-situaties.

2. Geïntegreerde geometrie van een LLC-resonantietransformator en vlakke mechanische constructie

De PQI35/28 De kernset (een combinatie van PQ35 en vlakke PQI-kernhelften) biedt een geoptimaliseerde balans tussen de magnetische dwarsdoorsnede (Ae) en de totale hoogte, en past naadloos in de standaard Beperkingen voor 1U-behuizingen (buitenhoogte 40 mm).

Belangrijke structurele innovaties

1. Verweven meerlaagse vlakke PCB-wikkelingen: Door een wikkelverhouding van 8:2 tussen primaire en secundaire windingen toe te passen over 6 tot 8 PCB-lagen met volledige interleaving (P-S-P-S), worden de AC-koperverliezen (I2RAC) als gevolg van het skineffect en wervelstromen drastisch onderdrukt.
2. Gecontroleerde capaciteit tussen de lagen: FR4-ringafstandhouders en Kapton-isolatiefolies (20 µm – 50 µm) worden tussen de wikkelingslagen van de printplaat aangebracht om een nauwkeurige luchtspleetafstand te handhaven, waardoor de parasitaire common-mode-capaciteit (Ccm) tussen de wikkelingen tot een minimum wordt beperkt en EMI-ruis wordt verminderd.
3. Integratie met synchrone rectificatie (SR): De vlakke secundaire uitgangs-koperlagen zijn rechtstreeks gekoppeld aan de vermogens-MOSFET’s aan de secundaire zijde (bijv. 80 V OptiMOS / GaN-componenten), waardoor de aansluitweerstand en de parasitaire inductie aan de aansluitingen tot een minimum worden beperkt.

3. Elektrische en ontwerpspecificaties

Hieronder volgt een overzicht van de elektrische parameters van de 2 kW PQI35/28-transformator, ontworpen voor een LLC-halfbrug-DC-DC-trap:

4. Prestatiebeoordeling en thermische afbraak

4.1 Efficiëntiecurve per trap

Bij toepassing in een 400V-naar-48V LLC-omzetter met primaire schakelaars van galliumnitride (CoolGaN™) en synchrone gelijkrichters van het type OptiMOS™ met lage RDSon:

• Maximale efficiëntie: 98.85% bij een belasting van 50% (1000 W).
• Rendement bij volledige belasting: 98.42% bij een belasting van 100% (2000 W).

4.2 Temperatuurprofiel bij geforceerde luchtstroom in een 1U-behuizing

• Omgevingstemperatuur (Tamb): 25 °C (gesimuleerde maximale bedrijfsomgeving van 45 °C).
• Core Hotspot (DMEGC DMR59): ~68 °C bij een continue vollast van 2000 W.
• Hotspot bij het wikkelen van printplaten: ~73 °C aan de uitgangsaansluiting van de secundaire SR.
• Thermische reserve: >25 °C speling onder de maximale thermische marge van 100 °C, waardoor ongecontroleerde opwarming van de kern wordt voorkomen.

5. Aanbevelingen voor warmtebeheer en lay-out

Om deze benchmarkresultaten te evenaren bij uw eigen PCB-ontwerp:

1. Directe thermische doorvoeren: Plaats dichte rijen thermische microvia’s (diameter 0,3 mm, afstand 0,8 mm) onder de voetafdruk van de vlakke transformator om warmte rechtstreeks af te voeren naar het aluminium koellichaam aan de onderzijde of het chassis.
2. Luchtstroomgeleiding: Zorg ervoor dat de door de ventilator in de behuizing aangevoerde lucht langs de zijkanten van de magnetische kern van de PQI35 en de secundaire synchrone gelijkricht-MOSFET’s wordt geleid.
3. Symmetrische stroompaden: Zorg ervoor dat de stroombanen van parallelle secundaire wikkelingen even lang zijn om plaatselijke stroomconcentraties en ongelijkmatige warmteontwikkeling te voorkomen.

6. Conclusie en op maat gemaakte oplossingen voor vlakke transformatoren

De PQI35/28: ontwerp van een geïntegreerde LLC-resonantietransformator van 2 kW door gebruik te maken van de DMEGC DMR59 ferrietkern biedt een blauwdruk van industriële kwaliteit voor uiterst compacte, zeer efficiënte stroomomvormers. Dankzij de lage kernverliezen bij hoge temperaturen, in combinatie met de lage wisselstroomverliezen in het koper van de afwisselend aangebrachte vlakke wikkelingen, is dit een effectieve optie voor moderne AI-servervoedingen en krachtige DC-DC-omvormers.

Aanbevolen lectuur: Resonanttransformatoroplossingen van High-Power LLC: van 500 W tot 6 kW.

Diensten voor het ontwerpen en vervaardigen van magnetische componenten op maat bij TrafoPSU

TrafoPSU is een in China gevestigde fabrikant van op maat gemaakte magnetische componenten gespecialiseerd in hoogfrequente magnetische techniek, op maat gemaakte vlakke transformatoren, geïntegreerde spoelen en magnetische componenten met een hoge vermogensdichtheid. Als een fabrikant van transformatoren en spoelen, wij bieden ondersteuning bij het elektrisch ontwerp, het maken van prototypes, de validatie en de serieproductie voor klanten die op zoek zijn naar een fabrikant van op maat gemaakte transformatoren in China.

• OEM/ODM-prototyping: Aangepaste verhoudingen tussen primaire en secundaire wikkelingen, vlakke PCB-opbouw en geïntegreerde resonantiespoelen.
• Inkoop van materialen: Gecertificeerde ferrietkernen van DMEGC (DMR59, DMR95, DMR52), TDK en Ferroxcube.
• Testing en kwaliteitsborging: Voer de geautomatiseerde elektrische tests volgens 100% uit, evenals HIPOT-isolatiecontroles en thermische profilering.

Tot de mogelijkheden op het gebied van magnetische componenten behoren onder meer technische en productieondersteuning voor een nanokristallijne common-mode-smoorspoel of een op maat gemaakte inductor voor hoge stroomsterkte wordt gebruikt voor EMI-filtering, energieopslag en stroomomzetting bij hoge stroomsterktes.

Neem contact op met ons team van applicatie-ingenieurs om technische monsters aan te vragen of om te bespreken hoe dit ontwerp van de 2 kW PQI35/28 vlakke transformator kan worden aangepast aan uw eisen op het gebied van spanning, frequentie, warmteafvoer en topologie.