48-12 V Stromversorgung in Rechenzentren GaN spielt alle Vorteile für PoL-Wandler aus

Mit dem neuen Referenzdesign von EPC und Microchip sollen Power-Entwickler in Rechenzentren die Vorteile von GaN voll nutzen können.
Mit dem neuen Referenzdesign von EPC und Microchip sollen Power-Entwickler in Rechenzentren die Vorteile von GaN voll nutzen können.

Point-of-Load-Wandler in Rechenzentren wandeln 48 V-Nennspannung für 12 V-Busse um. GaN-FETs bringen auf kleinstem Raum eine sehr hohe Leistungsdichte und verlustarme Wandlung. Von EPC und Microchip gibt es nun ein Referenzdesign für einen hocheffizienten 300 W-DC-DC-Wandler im 1/16-Brick-Format.

Die Verarbeitung immer größerer Datenmengen, oft in Echtzeit, hat enorme Auswirkungen auf die benötigen Rechenleistungen und die Stromversorgung in IT-Systemen. Im High-Density-Computing datenintensiver Anwendungen muss vorhandener Bauraum immer effizienter und leistungsstärker genutzt werden – oder sogar die Effizienz auf weniger Raum gesteigert werden. 48 V-Systeme bedienen die hohen Anforderungen und dennoch müssen auch 12 V-Geräte parallel und möglichst verlustfrei eingebunden sein.

Zu diesem Zweck kommen in Rechenzentren, Telekommunikations- und Automotive-Anwendungen häufig Brick-DC/DC-Wandler zum Einsatz, sie wandeln neben anderen Ausgangsspannungen eine 48 V-Nennspannung für einen 12 V-Verteilerbus um. Der Trend geht zu einer höheren Leistungsdichte, da der Formfaktor wie beschrieben festgelegt ist oder sich verkleinert. Eine Hauptanwendung sind 48 / 12 V-Point-of-Load-(POL-) Wandler mit hoher Dichte, bei denen eine geregelte 12V-Ausgangsspannung erforderlich ist, wie sie für Standard-PCIe-Karten und Massenspeicher verwendet wird.

Galliumnitrid (GaN) kann in diesen Anwendungen seine Vorteile gegenüber Silizium-basierten 48 V-Bausteinen hinsichtlich Wirkungsgrad, Leistungsdichte und geringen Gesamtsystemkosten voll ausspielen. Das Halbleitermaterial mit breiter Bandlücke schickt sich gerade an, Silizium in Rechenzentren und der Telekommunikation zu verdrängen – laut Branchenkennern liegt hier das größte GaN-Potenzial. GaN-FETs und -ICs bieten schnelles Schalten, geringe Baugrößen und niedrige Kosten, um die strengen Anforderungen an die Leistungsdichte dieser modernen, kostenoptimierten Anwendungen mit geringer Bauteilanzahl erfüllen zu können. Und so verwundert es nicht, dass sich der GaN-Experte EPC mit dem Mikrocontroller-Hersteller Microchip zusammengetan hat. Beide Unternehmen haben ein gemeinsames Referenzdesign für ein GaN-basiertes Power-Modul auf den Markt gebracht.

Der 300W-DC/DC-Spannungsregler im 1/16-Brick-Format (EPC9143) enthält den digitalen Signalcontroller (DSC) dsPIC33CK von Microchip sowie die neuesten eGaN-FETs EPC2053 von EPC und erzielt 96% Wirkungsgrad bei einem 48V-Eingang und 12V-Ausgang mit 25 A. Die Schaltfrequenz von 500 kHz ermöglicht 300 W Leistung im kleinen 1/16-Brick-Format mit 33 mm x 22,9 mm (1,3 x 0,9 Zoll) und entspricht einer Leistungsdichte von 730 W/in³. Zum skalierbaren 2-Phasen-Design lassen sich zusätzliche Phasen hinzufügen, um die Leistung weiter zu erhöhen. Die Flexibilität der Microchip-DSCs ermöglicht es, die Eingangsspannung von 8 bis 72 V und die Ausgangsspannung von 3,3 bis 25 V einzustellen.

Die Signalcontroller sollen sich so programmieren lassen, dass sie die hohe Leistungsfähigkeit von GaN-FETs voll ausnutzen und damit eine flexible Lösung für einen höheren Wirkungsgrad, mehr Leistungsdichte und geringere Systemkosten für die 48V-Leistungswandlung bereitzustellen. Die Kombination der GaN-Technologie von EPC und der dsPIC33CK-Controller von Microchip soll Entwicklern helfen, den hohen Anforderungen moderner Rechen- und Telekommunikationsanwendungen gerecht zu werden.