モノのインターネット、ビッグデータ、人工知能時代が来るに伴い、データセンターにおける情報処理需要が急増しています、CPU、GPU、FPGAなどのチッププロセッサの演算処理能力が徐々に増強され、かつ微細化に向かって発展している。チッププロセッサの微細化により電源電圧は低下していますが、消費電流の増大により、消費電力は引き続き増加します。データセンターのサーバー電源設計にとって、大電流環境で安定した電圧出力をどのように維持するかは、サーバーメーカーの注目点の一つです。
Part-1 低電圧大電流化の進展がサーバ電源に与える挑戦
低電圧大電流化が進展するにつれて、問題となるのは高速負荷変動への応答です、従来の解決案は高周波化とマルチフェーズ降圧方式を用いて対応します。高周波化は負荷応答速度を大幅に改善しますが、一方でスイッチング素子の損失を増やします。大容量の外付けコンデンサーを使用することで、大電流の電圧変動をある程度抑制できるが、これにより実装面積やコンデンサーのコストが増加します。
サーバメーカーのコストダウンと効率化の需要にに基づき、トランス・インダクタ電圧レギュレータTLVR（Trans-Inductor Voltage Regulators）の概念が提出され、かつ低電圧大電流用途における高速負荷変動に対応する主流回路構成となっています。TLVRは高速過渡応答で、コンデンサー数を減らしてコスト削減でき、サーバー電源メーカーから愛顧を集めています、また、TLVRに専用の結合インダクタ及び補償インダクタは電源設計において広く応用されています。
Part-2 TLVR回路の原理と方案の優位性
TLVR回路構成は、各フェーズのスイッチを1つのTLVR専用結合インダクタに接続し、その各フェーズのインダクタと補償インダクタを直列ループで接続することで、各相からの電流供給を同時に行うものです。このTLVR回路は、チッププロセッサに高速な過渡応答性能を与える。高速な過渡応答より、電源リップルを低減でき、負荷要件を満たす上で損失を低減し、変換効率を向上させる、かつ出力コンデンサの値を小さく抑えられ、実装面積とシステムコストを削減できます。
マルチフェーズ降圧とTLVR降圧トポロジ（画像ソース：TI）
Part-3 TLVR高周波大電流インダクタのCSFEDシリーズ
サーバー電源、CPU、GPUボードカードなどの電力供給のTLVR応用需要を満たすために、科達嘉電子はTLVR回路に応用する高周波大電流インダクタのCSFEDシリーズを発売しました。
CSFEDシリーズのインダクタは低損失のマンガン系フェライト材料と平角線二重コイルを採用して設計されています。高透磁率、低コアロス特性を持ち、高周波高温環境したで良好な電流安定性があり、平角線二重コイルの設計は、直流抵抗が極めて低い、高変換効率である同時に リップル電流を効果的に低減させる、製品は広周波数帯、広温度帯の特性を備えており、動作温度は-40℃～+125℃です。
現在、CSFEDシリーズにはCSFED1260F、CSFED1260H 2つのシリーズを開発しました。インダクタンス値は0.10 ~ 0.20μH、DCR は0.14 mΩ、飽和電流は64.5 ~ 125.0 A、温度上昇電流は77.0 Aで、製品サイズ11.80*5.80*11.00 mmです。
CSFEDシリーズ製品仕様
1.製品特徴
○ 低損失なコア材料及び平角線二重コイル設計
○ 高エネルギー貯蔵量を持ち、極めて低い直流抵抗を実現する
○ 小型化、SMDタイプインダクタ
○ 大電流電源用途向けの専用設計
○ 動作温度：-40℃～+125℃（コイル発熱を含む）
2. 外形寸法
CSFEDシリーズ外形寸法
3.電気特性
下記は代表モデルのCSFED1260Fの飽和電流曲線と温度上昇電流曲線です。
CSFED1260F飽和電流曲線
CSFED1260F温度上昇電流曲線
Part-4 製品応用
CSFEDシリーズは、サーバー電源、大電流DC-DCコンバータ、VRM、マルチフェーズ降圧レギュレーターなどの大電流設計案に幅広く応用できます。
Part-5 環境保護基準
製品はRoHS、REACH、Halogen Freeなどの環境保護要求に適合しています。
Part-6 生産状況
製品は量産されており、納期は4～6週間です。