Name: 薄型高効率6kW 400V/48V 三相LLC、平面磁気学統合型 (Low-Profile High-Efficiency 6kW 400V/48V Three-Phase LLC with Integrated Planar Magnetics)
Uploaded: 2025-05-31T13:43:59.000Z
Duration: 19 min 48 s
Description: VoiceTubeの動画で発音を聞きながら英語表現を覚えよう！学べる英語：

それでは皆さん、こんにちは。

私の名前はレイモンド・ガダラブだ。

Yeah, you should be, you pronounced it right.

ああ、そうだろう、正しい発音だ。

And yeah, I am a PhD student at Virginia Tech.

そうそう、私はヴァージニア工科大学の博士課程の学生なんだ。

And my work is focused on the high-frequency lunar magnetic design.

そして私の仕事は、月の高周波磁気設計に焦点を当てている。

And in this work, we're focusing on the data center power supply design.

そしてこの仕事では、データセンターの電源設計に焦点を当てている。

So today, we're gonna talk about low-profile, high-efficiency.

そこで今日は、薄型で高効率について話そう。

This is 400 volt, 48 volt, three-phase LLC with integrated planar magnetics.

これは400ボルト、48ボルト、三相LLCで、統合された平面磁気回路を備えている。

So basically, start with a state-of-the-art server power supply.

だから基本的には、最先端のサーバー用電源装置から始めることだ。

The first one is a BFC, AC to 400 volt, followed by the DC-DC converter, which is 400 to 48 volt power supply.

最初のものはBFCで、ACから400ボルトに変換し、続いてDC-DCコンバーターで400ボルトから48ボルトの電源を供給する。

So our work today will be focused on this DC-DC converter, the 400 to 48 volt power supply.

そこで今日は、このDC-DCコンバーター、つまり400ボルトから48ボルトの電源に焦点を当てる。

But first, when we take a look at the silicon-based design for the server power supply.

その前に、サーバー電源のシリコンベースの設計を見てみよう。

So we're looking into, we have the BFC and DC-DC stage.

そこで、BFCとDC-DCステージを検討している。

So because of the silicon design running at a lower frequency, so all the magnetics have been done using the leads wire, which is very bulky and cannot achieve a good density or efficiency.

そのため、低周波数で動作するシリコン設計のため、すべての磁気回路はリード線を使用しているが、これは非常にかさばり、十分な密度や効率を得ることができない。

So basically, this state-of-the-art design has reached its maturity level.

つまり、基本的にこの最先端の設計は成熟の域に達している。

So for example, if you want to trade off between efficiency, density, EMI performance, cost, and the manufacturability.

例えば、効率、密度、EMI性能、コスト、製造性などをトレードオフにしたい場合だ。

So you have to do something to gain another thing.

だから、何かを得るために何かをしなければならない。

And our target today is how we try to provide a more better design.

そして今日の目標は、より良いデザインを提供することだ。

To have solve most of the edges or the trade-off designs.

ほとんどのエッジやトレードオフのデザインを解決すること。

To have a good power density, achieving high density.

良好な電力密度を持つために、高密度を達成する。

And also, we're looking into the cost by making this solution fully automated, which is good for manufacturability.

また、このソリューションを完全自動化することでコスト面も検討している。

And of course, we're targeting this very high efficiency in 99 for the DC-DC stage.

そしてもちろん、DC-DCステージについては、99年にこの非常に高い効率を目標としている。

And also, a very low profile solution, we're talking about like smartphone thickness profile.

また、非常に薄型のソリューションで、スマートフォンのような薄さだ。

So first, we did several generations for the data center DC-DC converter.

そこでまず、データセンターのDC-DCコンバーターについていくつかの世代を行った。

So we start with our first generation, the 3 kilowatt.

まずは第一世代の3キロワットから。

So for this one, this is a wide band gap based design.

だから今回は、ワイドバンドギャップをベースにした設計だ。

So for the DC-DC converter, we posted the frequency from 100 kilohertz up to 500 kilohertz.

そこで、DC-DCコンバーターの周波数を100キロヘルツから500キロヘルツまで掲示した。

And by pushing for high frequency, we're able to design all the magnetics instead of using the LED wire.

また、高周波を追求することで、LEDワイヤーを使用する代わりに、すべてのマグネティクスを設計することができる。

We put all the magnetics into the PCB here, the branded circuit board.

私たちはすべての磁気回路をこのPCB（ブランド回路基板）に組み込んだ。

ご覧の通り、これはプロトタイプだ。

So this makes a design like can achieve high density, low profile, and also it's a fully automated.

つまり、高密度で薄型、しかも完全自動化を実現するような設計になっている。

So there's no labor intensive work done here, and this can reflect on the cost.

つまり、ここでは労働集約的な作業は行われず、それがコストに反映されるのだ。

So this basically, we are moving from the labor intensive cost to the fully automated solutions.

つまり、私たちは労働集約的なコストから完全自動化されたソリューションへと移行しているのだ。

So as we said, this is like compared to state of art solutions.

だから、私たちが言ったように、これは最先端のソリューションと比較したようなものだ。

We are talking about five times smaller size.

私たちが話しているのは、サイズが5倍ほど小さいということだ。

And this is all coming from high frequency wide band gap devices and the planar magnetic design.

そしてこれはすべて、高周波ワイドバンドギャップデバイスと平面磁気設計から来ている。

And however here, for this work, we still were looking into the three kilowatt.

しかし、ここではまだ3キロワットを検討していた。

And then we wanted to take this one step ahead.

そして、私たちはこれを一歩先に進めたかった。

Because as we know, the bar consumption for the center is increasing very rapidly.

というのも、ご存知のように、センターのバーの消費量は急速に増えているからだ。

It's exponentially increasing over the time.

時間とともに指数関数的に増えている。

And as we know, data center consumption of energy is very high.

ご存知のように、データセンターのエネルギー消費は非常に高い。

So if we're looking into 1% efficiency higher, this will result in a very huge energy saving.

つまり、効率が1％上がれば、非常に大きな省エネになる。

So here we're looking also not only from the power consumption and density, but also looking from the EMI performance.

そのため、ここでは消費電力や密度だけでなく、EMI性能にも注目しています。

So basically, we know for this high frequency operation, we work for high frequency, and we use a BCB-based magnetics, the planar magnetics.

基本的に、私たちはこの高周波動作のために、BCBベースの磁性体、つまり平面磁性体を使用しています。

So the planar magnetics introduce very large interwinding capacitance, which is like capacitive coupling between the winding from primary to secondary sides.

そのため、平面磁気回路は非常に大きな巻線間キャパシタンスを導入し、これは一次側から二次側への巻線間の容量性カップリングのようなものです。

So this will generate a path for the noise, CM current noise from the noise source on the primary side.

そのため、1次側のノイズ源からCM電流ノイズというノイズの経路が発生することになる。

So this current will go flow through the capacitive coupling to the secondary side and come back to the primary.

そのため、この電流は容量結合を通って二次側に流れ、一次側に戻ってくる。

And solve these issues coming from the high frequency and the planar magnetics, we propose to use some shielding layers.

高周波と平面磁気から来るこれらの問題を解決するために、我々はいくつかのシールド層を使用することを提案する。

So basically, our first try was just a four-layer BCB board to build the three kilowatt prototype.

だから基本的に、最初の試みは4層のBCBボードで3キロワットのプロトタイプを作ることだった。

But if we want to further improve the EMI, we propose to add additional two layers.

しかし、EMIをさらに改善したいのであれば、さらに2つのレイヤーを追加することを提案する。

つまり、合計で6層のBCBボードということになる。

So basically, these two layers are inserted between primary and secondary.

基本的に、この2つの層はプライマリーとセカンダリーの間に挿入される。

And these layers are connected to the primary ground.

そして、これらの層は一次グランドに接続されている。

So this layer actually will block the same current from moving from the primary to the secondary.

つまり、この層は一次側から二次側への同じ電流の移動をブロックすることになる。

So instead now, it detours to the shielding layers and go back to the primary side.

そのため、今は遮蔽層まで迂回してプライマリー側に戻っている。

So these layers for the shielding was very effective.

だから、シールドのためのこれらの層は非常に効果的だった。

It can reduce the EMI around 29 to 22 dB from low frequency, like the switching frequency, up to almost 50 megahertz.

スイッチング周波数のような低周波から50メガヘルツ近くまでのEMIを29〜22dB低減できる。

So this can prove how effective is shielding for a wide range of frequency in the same current.

つまり、同じ電流で広範囲の周波数に対してどれだけシールド効果があるかを証明することができる。

And then we wanted to take this three kilowatt concept and extend to beyond six kilowatt.

そして私たちは、この3キロワットのコンセプトを6キロワット以上にも広げたいと考えた。

So basically, by extending to higher than six kilowatt and higher.

つまり、基本的には6キロワット以上まで拡大する。

So we are looking here not like just to barrel some DC-DC converters and taking more space.

だから私たちは、DC-DCコンバーターをただ樽に入れるだけでなく、より広いスペースを確保したいと考えている。

But actually, we are looking into fitting the six kilowatt in the same footprint of a three kilowatt.

しかし実際には、6キロワットを3キロワットと同じ設置面積に収めることを検討している。

So we're looking into doubling the power density.

だから、パワー密度を2倍にすることを検討している。

But at the same time, we're keeping the same or even a little bit higher efficiency.

しかし同時に、私たちは同じか、あるいはもう少し高い効率を維持している。

So to do that, we started looking into different topologies.

そのために、さまざまなトポロジーを検討し始めた。

So moving from a single-phase LLC resonant converter, instead of barreling some converters, instead we use a three-phase system.

そこで、単相LLC共振コンバーターから移行し、いくつかのコンバーターをバーリングする代わりに、三相システムを使用する。

So three-phase system can provide us with more additional benefits.

そのため、三相システムは私たちにさらなるメリットをもたらしてくれる。

So this help to reduce the loss, help to reduce the size, as we will see later.

後述するように、これはロスを減らし、サイズを小さくするのに役立つ。

So we want to take advantage of this three-phase system into our design.

だから私たちは、この三相システムを設計に生かしたい。

One of the important benefits for three-phase system is integration.

三相システムの重要な利点のひとつは、統合である。

So three-phase system has some flux cancellation due to the 120-phase shift between the three-phase.

つまり、三相システムには、三相間の120位相のずれに起因するフラックス・キャンセレーションがあるのだ。

So this can reflect on the magnetic design.

だから、これは磁気設計に反映させることができる。

So if we have three EI cores and we integrate them into one core, so using a three-phase system, so this will reflect on the size, reflect on the loss, as we'll see in next slide.

つまり、3つのEIコアがあり、それらを1つのコアに統合し、3相システムを使用すると、次のスライドで見るように、サイズに反映され、損失に反映されます。

But integrating them into one core also give us some opportunity to control some inductances inside these planar magnetics.

しかし、それらを1つのコアに統合することで、これらのプレーナー磁気回路内のインダクタンスを制御する機会も得られる。

So we can control the transformer magnetizing inductance.

そのため、トランスの着磁インダクタンスを制御することができる。

We can also even create some additional resonance, series resonant inductance to help for the regulation of the output voltage.

さらに、出力電圧のレギュレーションを助けるために、直列共振インダクタンスを作ることもできる。

We have a narrow output voltage regulation here for this OCP version 3.

このOCPバージョン3の出力電圧レギュレーションは狭い。

But we also have the whole-top time requirement.

しかし、ホールトップという条件もある。

So we need some regulation for the output voltage.

そこで、出力電圧のレギュレーションが必要になる。

So this three-phase system, when integrated together, it give us the opportunity to have more controllability on the required magnetizing inductance and resonant inductance.

だから、この三相システムを統合すれば、必要な着磁インダクタンスと共振インダクタンスをよりコントロールしやすくなる。

So this is from the inductance point of view.

つまり、これはインダクタンスの観点から見たものだ。

So right now we can build like one transformer and one inductance in one leg.

だから今、私たちは1つのトランスと1つのインダクタンスを1つのレッグに作ることができる。

So each leg of this six-transformer architecture here, so each leg represent one transformer, one inductance integrated into one leg.

つまり、この6トランス・アーキテクチャーの各レッグは、1トランス、1インダクタンスを1レッグに統合している。

And compared to three single-phase in parallel, so three-phase can basically have like 23% reduction in the loss and another 20% less in the footprint.

単相を3つ並列に並べた場合と比べて、三相は基本的にロスを23％削減でき、さらに設置面積も20％削減できる。

And this is actually already like 30% less loss compared to the single-phase.

そして、これは単相に比べ、すでに30％ほどロスが少なくなっている。

So basically we're getting like 30% less reduction in the loss compared to the single-phase.

つまり、基本的には単相と比較してロスを30％減らすことができる。

And by integrating the three-phase together, we're getting additional 25% reduction in the loss and 20% reduction in the footprint.

また、三相を統合することで、さらに25％のロス削減と20％の設置面積削減を実現している。

So the same Schelding we proposed for the single-phase, can be also applied to a three-phase system.

つまり、単相で提案したのと同じシェルディングを三相システムにも適用できる。

We have the four-layer port with the additional two layers here for Schelding, so can provide insulation or Schelding for the same current.

私たちは4層構造のポートにシェルディング用の2層を追加しているので、同じ電流で絶縁またはシェルディングを行うことができる。

And this current now is just going through Schelding and coming back.

そして今、この流れはスヘルディングを通過して戻ってくるところだ。

しかし、ここでの利点はこれだけではない。

So compared to the three-phase with a single-phase, so basically for three-phase, we have three noise source.

つまり、単相の三相と比べると、三相の場合は基本的に3つのノイズ源があることになる。

And these three noise source are actually 120 phase shift.

そして、これら3つのノイズソースは、実際には120位相のずれがある。

And when we add them together at the same current, so if you would like the Fourier expansion, so you will get rid of most of the high-frequency harmonics, except the third order.

そして、同じ電流でそれらを足し合わせると、フーリエ展開を望むなら、3次を除くほとんどの高周波高調波が取り除かれることになる。

Three-phase cannot cancel the third-order harmonics.

三相は三次高調波をキャンセルできない。

So basically, this will reflect also in the CM current of the single-phase compared to the three-phase as shown here.

そのため、基本的には単相と三相のCM電流にも反映される。

So basically, these two prototypes, they have Schelding.

つまり、基本的にこの2つのプロトタイプにはシェルディングがある。

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薄型高効率6kW 400V/48V 三相LLC、平面磁気学統合型 (Low-Profile High-Efficiency 6kW 400V/48V Three-Phase LLC with Integrated Planar Magnetics)

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