Zasilacze nowej generacji o wysokiej gęstości mocy, przeznaczone do centrów danych, serwerów AI oraz elektroniki przemysłowej, wymagają bardzo wysokiej sprawności konwersji (>98,51 TP3T) oraz wysokiej gęstości mocy (>90 W/cal³). W miarę jak częstotliwości przełączania sięgają 200 kHz – 500 kHz W obecnym układzie konwencjonalne transformatory z uzwojeniem ranowym charakteryzują się wysokimi stratami wynikającymi z efektu zbliżeniowego, nadmierną zmiennością indukcyjności rozproszenia oraz wąskimi gardłami termicznymi.

W niniejszej notatce aplikacyjnej przedstawiono kompleksową metodologię projektowania dla Zintegrowany transformator rezonansowy LLC o dużej gęstości mocy, 2 kW wykorzystując Rdzeń ferrytowy DMEGC DMR59 Mn-Zn w PQI35/28 (zespół PQI35/11,4) geometria. Dzięki zastosowaniu strategii nawijania wielowarstwowej, płaskiej płytki drukowanej FR4 z przeplataniem warstw, zoptymalizowanemu wbudowaniu indukcyjności rezonansowej oraz doborowi ferrytów o niskich stratach transformator osiąga szczytową sprawność stopnia DC-DC przekraczającą 98.8% przy maksymalnym wzroście temperatury poniżej 50°C.

1. Dobór materiałów: Podstawowe właściwości DMEGC DMR59

Wybór odpowiedniego materiału ferrytowego ma zasadnicze znaczenie dla zminimalizowania strat w rdzeniu (Pv) przy częstotliwościach przełączania powyżej 200 kHz. DMEGC DMR59 jest to ferryt mocy manganowo-cynkowy (Mn-Zn) o wysokiej częstotliwości i ultra niskich stratach, zaprojektowany specjalnie z myślą o przetwornicach LLC o dużej gęstości oraz przetwornicach z przesunięciem fazowym.

Porównanie kluczowych wskaźników wydajności

• Minimalna strata rdzenia (Pv): Model DMR59 charakteryzuje się ujemnym współczynnikiem temperaturowym strat mocy w zakresie do 100°C, a jego absolutnie minimalna gęstość strat występuje w przedziale temperatur od około 80°C do 100°C — co pokrywa się z typowym zakresem temperatur pracy przy pełnym obciążeniu nowoczesnych zasilaczy serwerowych.
• Wydajność w zakresie wysokich częstotliwości: W porównaniu z tradycyjnymi materiałami, takimi jak DMR44 czy N97, DMR59 charakteryzuje się znacznie mniejszymi stratami objętościowymi przy Bm = 50 mT w zakresie częstotliwości f = 300 kHz–500 kHz.
• Wysoka gęstość strumienia nasycenia (Bs): Przekracza 510 mT w temperaturze 25°C i 410 mT w temperaturze 100°C, zapewniając znaczne rezerwy nasycenia podczas rozruchu, przejściowych zmian obciążenia oraz sytuacji utrzymania napięcia.

2. Zintegrowana geometria transformatora rezonansowego typu LLC oraz płaska konstrukcja mechaniczna

The PQI35/28 Zestaw rdzeni (łączący połówki rdzeni PQ35 i planarnych PQI) zapewnia zoptymalizowaną równowagę między polem magnetycznym w przekroju poprzecznym (Ae) a całkowitą wysokością, dzięki czemu idealnie pasuje do standardowych Ograniczenia dotyczące obudowy 1U (wysokość zewnętrzna 40 mm).

Najważniejsze innowacje konstrukcyjne

1. Wielowarstwowe, płaskie uzwojenia PCB z przeplotem: Dzięki zastosowaniu stosunku zwojów pierwotnych do wtórnych wynoszącego 8:2 w 6–8 warstwach płytki drukowanej z pełnym przeplataniem (P-S-P-S) straty prądu przemiennego w miedzi (I2RAC) spowodowane efektem skórnym i prądami wirowymi są znacznie ograniczone.
2. Kontrolowana pojemność międzywarstwowa: Pomiędzy warstwami uzwojenia płytki drukowanej umieszcza się pierścieniowe przekładki z materiału FR4 oraz folie izolacyjne Kapton (20 µm – 50 µm) w celu zachowania precyzyjnego odstępu między warstwami, co pozwala zminimalizować pojemność pasożytniczą w trybie wspólnym (Ccm) między uzwojeniami oraz ograniczyć zakłócenia elektromagnetyczne (EMI).
3. Integracja z prostowaniem synchronicznym (SR): Płaskie miedziane płaszczyzny wyjściowe strony wtórnej są bezpośrednio połączone z tranzystorami MOSFET mocy po stronie wtórnej (np. OptiMOS 80 V / elementy GaN), co pozwala zminimalizować rezystancję zakończenia oraz indukcyjność pasożytniczą zacisków.

3. Specyfikacje elektryczne i projektowe

Poniżej znajduje się zestawienie parametrów elektrycznych transformatora PQI35/28 o mocy 2 kW, przeznaczonego do półmostkowego stopnia DC-DC typu LLC:

4. Weryfikacja wydajności i awaria termiczna

4.1 Krzywa sprawności stopnia

W przypadku zastosowania w przetwornicy LLC o napięciu wejściowym od 400 V do 48 V, wyposażonej w przełączniki główne z azotku galu (CoolGaN™) oraz synchroniczne prostowniki OptiMOS™ o niskim RDSon:

• Maksymalna wydajność: 98.85% przy obciążeniu 50% (1000 W).
• Wydajność przy pełnym obciążeniu: 98.42% przy obciążeniu 100% (2000 W).

4.2 Profil temperatury przy wymuszonym przepływie powietrza w obudowie 1U

• Temperatura otoczenia (Tamb): 25°C (symulowane maksymalne warunki pracy: 45°C).
• Główny punkt dostępowy (DMEGC DMR59): ~68°C przy pełnym obciążeniu ciągłym wynoszącym 2000 W.
• Punkty przegrzania uzwojenia płytki drukowanej: ~73°C na zacisku wyjściowym drugiego stopnia SR.
• Rezerwa cieplna: >25°C rezerwy poniżej maksymalnego marginesu termicznego wynoszącego 100°C, co zapobiega niekontrolowanemu nagrzewaniu się rdzenia.

5. Zalecenia dotyczące zarządzania temperaturą i układu

Aby powtórzyć te wyniki testów porównawczych w przypadku własnego projektu płytki drukowanej:

1. Przepusty termiczne bezpośrednie: Pod płaską powierzchnią transformatora należy umieścić gęstą siatkę termicznych mikroprzelotów (o średnicy 0,3 mm i rozstawie 0,8 mm), aby odprowadzać ciepło bezpośrednio do dolnego aluminiowego radiatora lub obudowy.
2. Kierowanie strumienia powietrza: Należy zapewnić, aby powietrze wymuszane przez wentylator obudowy było kierowane wzdłuż boków rdzenia magnetycznego PQI35 oraz wzdłuż wtórnych tranzystorów MOSFET służących do synchronicznej rektyfikacji.
3. Symetryczne ścieżki prądowe: Należy zadbać o to, by ścieżki prądowe w równoległych uzwojeniach wtórnych miały jednakową długość, aby zapobiec lokalnemu nagromadzeniu prądu i nierównomiernemu rozkładowi temperatury.

6. Podsumowanie i niestandardowe rozwiązania w zakresie transformatorów płaskich

The Projekt zintegrowanego transformatora rezonansowego LLC PQI35/28 o mocy 2 kW wykorzystując Rdzeń ferrytowy DMEGC DMR59 stanowi przemysłowy projekt ultragęstych, wysokowydajnych przetworników mocy. Niskie straty w rdzeniu w podwyższonych temperaturach w połączeniu z niskimi stratami prądu przemiennego w miedzianych uzwojeniach płaskich ułożonych naprzemiennie sprawiają, że jest to skuteczne rozwiązanie dla nowoczesnych zasilaczy serwerów AI oraz przetworników DC-DC dużej mocy.

Warto przeczytać: Rozwiązania w zakresie transformatorów rezonansowych firmy High-Power LLC: od 500 W do 6 kW.

Usługi w zakresie projektowania i produkcji niestandardowych elementów magnetycznych w TrafoPSU

TrafoPSU jest firmą z siedzibą w Chinach producent niestandardowych elementów magnetycznych specjalizująca się w inżynierii magnetycznej wysokich częstotliwości, transformatorach płaskich wykonywanych na zamówienie, cewkach zintegrowanych oraz elementach magnetycznych o wysokiej gęstości mocy. Jako producent transformatorów i cewek indukcyjnych, zapewniamy wsparcie w zakresie projektowania układów elektrycznych, tworzenia prototypów, walidacji oraz produkcji seryjnej dla klientów poszukujących producenta transformatorów na zamówienie w Chinach.

• Prototypowanie OEM/ODM: Indywidualne współczynniki przekładni uzwojeń pierwotnych i wtórnych, płaskie układy warstwowe płytek drukowanych oraz zintegrowane dławiki rezonansowe.
• Zaopatrzenie w materiały: Certyfikowane rdzenie ferrytowe DMEGC (DMR59, DMR95, DMR52), materiały TDK oraz Ferroxcube.
• Testy i zapewnienie jakości: Przeprowadź automatyczne testy elektryczne 100%, kontrole izolacji metodą HIPOT oraz profilowanie termiczne.

Związane z tym możliwości w zakresie komponentów magnetycznych obejmują wsparcie inżynieryjne i produkcyjne dla nanokrystaliczny dławik trybu wspólnego lub a induktor wysokoprądowy na zamówienie stosowane w filtrowaniu zakłóceń elektromagnetycznych, magazynowaniu energii oraz konwersji mocy przy wysokich natężeniach prądu.

Skontaktuj się z naszym zespołem inżynierów ds. zastosowań aby zamówić próbki inżynierskie lub omówić, w jaki sposób ten projekt transformatora płaskiego PQI35/28 o mocy 2 kW można dostosować do Państwa wymagań dotyczących napięcia, częstotliwości, parametrów termicznych i topologii.