Блоки питания (PSU) нового поколения с высокой плотностью мощности, предназначенные для центров обработки данных, серверов искусственного интеллекта и промышленной электроники, требуют сверхвысокого КПД преобразования (>98,51 TP3T) и высокой удельной мощности (>90 Вт/дюйм³). По мере того как частоты переключения приближаются к 200 кГц – 500 кГц В условиях данного режима обычные трансформаторы с раненой обмоткой страдают от высоких потерь, связанных с эффектом близости, чрезмерных колебаний индуктивности рассеяния и тепловых ограничений.

В данном руководстве по применению представлена комплексная методология проектирования для Интегрированный резонансный трансформатор LLC с высокой удельной мощностью 2 кВт с использованием Феритовый сердечник DMEGC DMR59 на основе марганца и цинка в PQI35/28 (узел PQI35/11,4) геометрия. Благодаря применению стратегии чередующейся многослойной обмотки плоской печатной платы из FR4, оптимизированной интеграции резонансной индуктивности и выбору феррита с низкими потерями трансформатор достигает пиковой эффективности каскада «постоянный ток — постоянный ток», превышающей 98.8% при максимальном повышении температуры менее 50 °C.

1. Выбор материала: Основные характеристики DMEGC DMR59

Правильный выбор ферритового материала имеет решающее значение для минимизации потерь в сердечнике (Pv) при частотах переключения выше 200 кГц. DMEGC DMR59 — это высокочастотный феррит марганцево-цинкового (Mn-Zn) типа с ультранизкими потерями, специально разработанный для преобразователей LLC и фазосдвиговых преобразователей высокой плотности.

Сравнение основных показателей эффективности

• Минимальные потери в сердечнике (Pv): Модель DMR59 характеризуется отрицательным температурным коэффициентом потерь мощности в диапазоне до 100 °C, причем абсолютный минимум плотности потерь достигается в диапазоне 80–100 °C, что соответствует типичному диапазону рабочих температур современных серверных блоков питания при полной нагрузке.
• Характеристики высокочастотного диапазона: По сравнению с традиционными материалами, такими как DMR44 или N97, материал DMR59 демонстрирует значительно меньшие объемные потери при Bm = 50 мТ и частоте f = 300–500 кГц.
• Высокая плотность потока насыщения (Bs): Превышает 510 мТ при 25 °C и 410 мТ при 100 °C, обеспечивая значительный запас по насыщению во время запуска, переходных нагрузочных скачков и ситуаций удержания напряжения.

2. Интегрированная геометрия резонансного трансформатора LLC и плоская механическая конструкция

Сайт PQI35/28 Базовый набор (состоящий из половинок ядра PQ35 и плоского ядра PQI) обеспечивает оптимальный баланс между площадью магнитного поперечного сечения (Ae) и общей высотой, благодаря чему он идеально вписывается в стандартные Ограничения по корпусу 1U (внешняя высота 40 мм).

Основные конструктивные инновации

1. Чередующиеся многослойные плоские обмотки печатных плат: Благодаря применению соотношения витков первичной и вторичной обмоток 8:2 на 6–8 слоях печатной платы с полным чередованием (P-S-P-S) потери в меди при переменном токе (I2RAC), вызванные скин-эффектом и вихревыми токами, значительно снижаются.
2. Регулируемая межслойная ёмкость: между слоями намотки печатной платы устанавливаются кольцевые прокладки из FR4 и изоляционные плёнки Kapton (толщиной 20–50 мкм) для обеспечения точного зазора, что позволяет свести к минимуму паразитную ёмкость в режиме общего сигнала (Ccm) между витками и снизить электромагнитные помехи.
3. Интеграция с синхронным выпрямителем (SR): плоские медные плоскости вторичного выхода напрямую соединяются с силовыми MOSFET вторичной обмотки (например, 80-вольтовые OptiMOS или GaN-устройства), что позволяет свести к минимуму сопротивление выводов и паразитную индуктивность выводов.

3. Электротехнические и конструктивные характеристики

Ниже приводится сводка электрических параметров трансформатора PQI35/28 мощностью 2 кВт, предназначенного для полумостового преобразователя постоянного тока в постоянный ток с режимом LLC:

4. Проверка рабочих характеристик и термический сбой

4.1 Кривая КПД ступени

При использовании в преобразователе LLC с напряжением на выходе от 400 В до 48 В, оснащённом первичными выключателями на основе нитрида галлия (CoolGaN™) и синхронными выпрямителями OptiMOS™ с низким RDSon:

• Максимальная эффективность: 98.85% при нагрузке 50% (1000 Вт).
• КПД при полной нагрузке: 98.42% при нагрузке 100% (2000 Вт).

4.2 Термический профиль при принудительной вентиляции в корпусе 1U

• Температура окружающей среды (Тамб): 25 °C (моделируемые условия эксплуатации с максимальной температурой окружающей среды 45 °C).
• Основная точка доступа (DMEGC DMR59): ~68 °C при полной постоянной нагрузке 2000 Вт.
• Зона повышенного нагрева в обмотке печатной платы: ~73 °C на выходе вторичного контура SR.
• Тепловой резерв: >Запас в 25 °C ниже максимального температурного предела в 100 °C, предотвращающий неконтролируемый нагрев активной зоны.

5. Рекомендации по тепловому режиму и компоновке

Чтобы повторить эти результаты тестирования в вашем собственном проекте печатной платы:

1. Прямые термические переходные отверстия: Разместите плотные массивы тепловых микропроходов (диаметром 0,3 мм, шаг 0,8 мм) под площадкой плоского трансформатора для непосредственной отвода тепла на нижний алюминиевый радиатор или корпус.
2. Направление воздушного потока: Убедитесь, что воздух, нагнетаемый вентилятором корпуса, проходит по боковым поверхностям магнитного сердечника PQI35 и мимо вторичных MOSFET-транзисторов синхронного выпрямителя.
3. Симметричные пути прохождения тока: Следует обеспечить одинаковую длину токовых путей для параллельных вторичных обмоток, чтобы предотвратить локальное скопление тока и дисбаланс нагрева.

6. Заключение и индивидуальные решения в области плоских трансформаторов

Сайт Схема интегрированного резонансного трансформатора LLC PQI35/28 мощностью 2 кВт с использованием Ферритовый сердечник DMEGC DMR59 представляет собой проект промышленного уровня для сверхплотных высокоэффективных преобразователей мощности. Низкие потери в сердечнике при повышенных температурах в сочетании с низкими потерями в меди при переменном токе, характерными для чередующихся плоских обмоток, делают его эффективным решением для современных источников питания серверов на базе искусственного интеллекта и высокомощных преобразователей постоянного тока в постоянный.

Рекомендуемые материалы: Решения на основе резонансных трансформаторов от High-Power LLC: от 500 Вт до 6 кВт.

Услуги по индивидуальному проектированию и изготовлению магнитных компонентов в TrafoPSU

TrafoPSU — это компания, базирующаяся в Китае производитель магнитных компонентов на заказ специализирующаяся на высокочастотной магнитной технике, изготовлении плоских трансформаторов по индивидуальному заказу, интегрированных индукторов и магнитных компонентов с высокой удельной мощностью. Как производитель трансформаторов и индукторов, мы оказываем поддержку в разработке электрических схем, создании прототипов, тестировании и серийном производстве для клиентов, ищущих производителя трансформаторов на заказ в Китае.

• Создание прототипов по схемам OEM/ODM: Пользовательские соотношения витков первичной и вторичной обмоток, плоские многослойные печатные платы и встроенные резонансные дроссели.
• Поиск поставщиков материалов: Сертифицированные ферритовые сердечники DMEGC (DMR59, DMR95, DMR52), материалы TDK и Ferroxcube.
• Тестирование и обеспечение качества: Провести автоматизированные электрические испытания по стандарту 100%, проверки изоляции методом HIPOT и термопрофилирование.

К соответствующим возможностям в области магнитных компонентов относятся инженерная и производственная поддержка для нанокристаллический дроссель синфазного режима или а индуктор на заказ для высоких токов используются для фильтрации электромагнитных помех, накопления энергии и преобразования мощности при высоких токах.

Свяжитесь с нашей командой инженеров-разработчиков чтобы заказать инженерные образцы или обсудить, как конструкцию этого плоского трансформатора PQI35/28 мощностью 2 кВт можно адаптировать к вашим требованиям по напряжению, частоте, тепловым характеристикам и топологии.