Infineon / Switched-Capacitor-Wandler Bis zu 99 Prozent Wirkungsgrad bei 600 W

DESIGN&ELEKTRONIK-Redakteur Ralf Higgelke im Gespräch mit Eric Persson (rechts), Lead Principal, Global GaN Applications Engineering bei Infineon, über den neuen ZSC-Wandler.
DESIGN&ELEKTRONIK-Redakteur Ralf Higgelke im Gespräch mit Eric Persson (rechts), Lead Principal, Global GaN Applications Engineering bei Infineon, über den neuen ZSC-Wandler.

Einen Bus-Wandler in weich schaltender, hybrider Switched-Capacitor-Topologie hat Infineon entwickelt. Dieser formt 48 V in eine Busspannung von 12 V um, um über nachfolgende Point-of-Load-Wandler damit dann Prozessoren und Speichersysteme in Rechenzentren zu versorgen.

Datencenter der neuesten Generation nutzen eine mehrstufige Architektur, um die CPUs, GPUs, SoCs, ASICs und Speicherbausteine mit Energie zu versorgen. Zunächst wird die netzseitige Wechselspannung in einem Frontend-Netzteil auf 48 V Gleichspannung gewandelt, die dann im Serverschrank verteilt wird. In jedem Rack findet sich dann ein sogenannter Bus-Wandler, der die 48 V in eine niedrigere Busspannung – meist 12 V – umformt, die dann auf Leiterplattenebene verteilt wird.

Genau für solche Bus-Wandler hat Infineon nun ein Referenzdesign entwickelt, das auf einer weich schaltenden, hybriden Switched-Capacitor-Topologie beruht. Darüber wollten wir von der DESIGN&ELEKTRONIK mehr wissen und sprachen auf der PCIM Europe 2019 mit Eric Persson, Lead Principal, Global GaN Applications Engineering bei Infineon.

Dieser sogenannte ZSC-Wandler (Zero-voltage-switching Switched-capacitor Converter) verwendet Mikrocontroller, Treiber und Schalter von Infineon. So kommen aufeinander abgestimmte Komponenten wie MOSFETs der Serien OptiMOS 5 (25 V) und OptiMOS 6 (40 V) sowie Gate-Treiber-ICs der Familie EiceDRIVER 2EDi zum Einsatz. Die Mikrocontrollerfamilie XMC komplettiert den ZSC-Wandler.

Je nach Systemanforderungen kann der Wandler als Modul oder direkt auf das Motherboard implementiert werden. Die Topologie erlaubt eine bidirektionale Leistungsübertragung sowie verschiedene Übersetzungsverhältnisse (2:1, 4:1, 6:1, 8:1, 10:1, 12:1) bei der Umsetzung mit den gleichen Komponenten. In einer 4:1-Konfiguration kann der ZSC-Wandler mit 600 W eine Leistungsdichte von 121 W/cm² (780 W/Zoll²) und einen Wirkungsgrad von bis zu 99 Prozent erreichen. Aufgrund des flachen Wirkungsgradverlaufes und der thermischen Performance kann das gleiche Design bis zu 1 kW liefern.

Das ZSC-Board steht auf Anfrage zur Verfügung. Weitere Informationen sind erhältlich unter www.infineon.com/zsc.