ラックとサーバー向けの電源

ラックとサーバーの各アプリケーションに適した製品やシステム レベルの製品の採用で、電力密度と効率に関する今後のニーズに対応

サーバーとテレコム (通信機器) の電源は、スペースが限られている状況で、機能と電力レベルのニーズが上昇しています。その結果、GaN (窒化ガリウム) を含めたワイド バンドギャップ デバイスや、より高精度のセンシング回路、より複雑なリアルタイム制御の採用が進んでいます。TI の GaN、C2000™ マイコン、ホール効果センサ、絶縁型アンプ製品、リファレンス デザインは、サーバーとテレコム向け電源の最新要件に対応するのに役立ちます。これらの要件に該当するのは、80 Plus Titanium の効率、M-CRPS (Modular Hardware System-Common Redundant Power Supply:モジュール型ハードウェア システム向け共通冗長電源)、OCP ORv3 (Open Compute Project Open Rack v3:オープン コンピューティング プロジェクトのオープン ラック v3) の仕様です。

ラックとサーバー向けの電源アプリケーションにおける TI 製品の利点

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効率の最大化

TI の各種 GaN (窒化ガリウム) デバイスを採用すると、80 Plus Titanium や、M-CRPS (モジュール型ハードウェア システム向け共通冗長電源) などの規格を満たすのに役立つ高効率トポロジを実現できます。

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電力密度の向上。

回路統合に関する TI の斬新なアプローチは、スイッチング速度の高速化とシステム サイズの縮小に貢献します。また、TI の高性能パッケージは、より小さな面積でより大きな消費電力に対応するのに役立ちます。

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セキュア システムの製作

TI の各種 C2000™ マイコンは、システムを保護する多様なセキュリティ機能を採用するとともに、最新のファームウェアを搭載しているので、それらの機能を容易に更新できます。

ラックとサーバー向けの電源設計に適した開発効率向上

高性能スマート スイッチ

GaN (窒化ガリウム) トランジスタは、従来のシリコン FET (電界効果トランジスタ) より高いスイッチング周波数で動作するワイド バンドギャップ デバイスです。GaN デバイスは、静電容量が小さく、ゼロ逆回復という特長があるので、従来のシリコン製品では実現できなかったトポロジで採用できます。

統合型のスマート ゲート ドライバは、寄生成分の低減と、デバイスのゲートへの適切な駆動信号の確実な伝達に役立ちます。加えて、この種のゲート ドライバは、過電流、過熱、ゼロ電流、電圧検出などに対処する保護機能と監視機能の実現に役立ちます。

TI の各種 GaN デバイスを採用すると、サーバーの電源ユニットを従来のシステムより小型化し、80 Plus Titanium や OCP ORv3 の効率要件を達成することができます。

アプリケーション・ノート
Thermal Performance of QFN12x12 Package for 600V, GaN Power Stage (Rev. A)
このアプリケーション レポートでは、TI の GaN 製品の熱管理に関する検討事項と性能について説明します。
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Analog Design Journal
高密度 GaN 最適化 PFC コンバータにおける AC 電圧低下からの回復
トーテムポール ブリッジレス PFC には、AC 電圧が低下したときの電流管理などの課題があります。C2000™ リアルタイム マイコンと電源システムに関する TI の設計機能を活用すると、これらの課題を克服できます。
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その他の技術資料
Optimizing GaN-Based High-Voltage, High-Power Designs
この記事では、GaN を活用して電力密度を向上させる方法を説明します。GaN FET はシリコン FET より高速なスイッチングが可能です。一方で、適切な動作を確保するには優れたレイアウトが必要です。そのため、この中では PCB レイアウトの配置に関する検討事項を取り扱っています。 
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GaN 電力段 に関する主な製品
LMG3422R050 アクティブ ドライバ、保護機能、温度レポート機能を内蔵した、600V、50mΩ の GaN FET
LMG3422R030 アクティブ ドライバ、保護機能、温度レポート機能を内蔵した、600V、30mΩ の GaN FET
LMG3522R030 アクティブ ドライバ、保護機能、温度レポート機能内蔵、650V、30mΩ の GaN FET

使いやすいデジタル制御

デジタル制御は、複雑なトポロジの簡素化に役立ちます。TI の各種 C2000™ マイコンを採用すると、多くの機能のプログラミング (書き込み) が容易になります。リアルタイム制御機能を使用すると、高速なスイッチング速度、高分解能の PWM (パルス幅変調)、高精度監視を実現できます。これらはいずれも、使いやすいプログラミング インターフェイス経由で制御できます。内蔵のハードウェア機能とソフトウェア機能を使用して、セキュリティ機能を簡単に取り扱うことができます。TI の UCD コントローラ ファミリは、デバイスのプログラミング (書き込み) をさらに容易にするハードウェア アクセラレータを搭載しています。

ホワイト・ペーパー
Achieve Power-Dense and Efficient Digital Power Systems by Combining TI GaN FETs
このホワイト ペーパーは、ドライバと TI の C2000™ リアルタイム マイコン (MCU) を内蔵した TI の GaN (窒化ガリウム) FET (電界効果トランジスタ) の各種機能がどのように連携して動作するかを説明します。
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技術記事
How processing in real-time drives high-performance power systems
エネルギー使用量の増加に伴い、電源システムの効率向上と小型化が必要になります。その結果、電力変換システムは、高い電力効率、高速過渡応答、高い電力密度、より大きい電力供給能力の実現を進めてきました。
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技術記事
Meeting server power supply design trends with a real-time MCU
 TI の C2000™ リアルタイム マイコンは、高度なリアルタイム制御を実現するのに役立つ統合機能を搭載しています。GaN などのワイド バンドギャップ技術には (効率を高めるためのスイッチング周波数の高速化と、その過渡に対処する高速応答など) 特有のニーズがありますが、このファミリを採用するとそれらのニーズを満たし、潜在能力を最大限に引き出すことができます。
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リアルタイム デジタル制御 に関する主な製品
TMS320F280039C アクティブ 384KB フラッシュと FPU (浮動小数点演算ユニット) と CLA (制御補償器アクセラレータ) 付き TMU (三角関数算術演算ユニット) と CLB (構成可能ロジック ブロック) と AE
TMS320F2800137 アクティブ 120MHz、256KBフラッシュ、FPU、TMU (三角関数算術演算ユニット) 搭載、C2000™ 32ビット マイコン
UCD3138 アクティブ 高集積デジタル・コントローラ、絶縁電源用、3 チャネル・フィードバック・ループ/ 8 チャネル DPWM 出力付

高精度で低コストのセンシング

電流センシングは、サーバーとテレコム向け電源ユニット (PSU) で重要な役割を果たします。PSU の各種サブシステムの制御、保護、監視を行うには、高精度の電流測定が必須です。

絶縁型電流センシング向けの各種 TI 製品は、低コストのホール効果センサと、絶縁型センシング向けの高精度シャント ベースという複数のアプローチを採用しています。非絶縁型センシング用途の場合、TI の各種デバイスは幅広い電圧をサポートしているので、電流センシングが容易になります。

アプリケーション・ノート
TMCS110x Layout Challenges and Best Practices
このアプリケーション レポートは、出力制限、電流測定の制限、レイアウトの課題、外部磁界の寄与など、ホール ベースの電流モニタに関連するいくつかの課題について説明します。
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回路設計
±50mV 入力およびシングルエンド出力を備えた絶縁型電流セン シング回路
この電流センシング回路は、絶縁型、単一電源、ローサイド、双方向で動作し、-50A ~ 50A の負荷電流を高精度測定します。
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ブログ
ブリッジレス トーテムポール PFC (力率補正) 用途での電流センシングに関する検討事項
電流センシングには、ホール効果センサ、シャント センシング、絶縁型センシングなど多くの選択肢があります。この記事は、開発中アプリケーションに最適な選択肢の識別に役立ちます。
電流センシング に関する主な製品
AMC3306M05 アクティブ DC/DC コンバータ内蔵、±50mV 入力対応、高精度、電流センシング、強化絶縁型変調器
INA293 アクティブ -4V ~ 110V、1.3MHz、超高精度電流センス・アンプ
新製品 TMCS1133 アクティブ AFR (周囲の影響除去) 機能とアラート搭載、±1,300V、強化絶縁型、80Arms、1MHz、ホール効果電流センサ

設計と開発に役立つリソース

設計ツール
最も一般的に使用されるスイッチ・モード電源向けの Power Stage Designer™ ソフトウェア・ツール

Power Stage Designer は、電源設計の迅速化に役立つ Java ベースのツールであり、ユーザーの入力に基づいて 21 種類のトポロジで電圧と電流を計算します。さらに、Power Stage Designer は、ボード線図プロット・ツールや、電源設計を容易にすることを意図してさまざまな機能を採用したツールボックスも搭載しています。すべての計算がリアルタイムで実行されるため、新しい電源設計を開始する最も迅速なツールになります。

  • Topology (トポロジ) ウィンドウ) – 複数の入力パラメータに基づき、トポロジ情報と部品ごとの波形を表示
  • Loop Calculator (...)
計算ツール
GaN CCM トーテムポール PFC 電力損失計算 Excel シート (GaN CCM Totem Pole PFC Power Loss Calculation Excel Sheet)
この Excel シートを使用すると、連続導通モード (CCM) のトーテムポール力率補正 (PFC) 回路で TI の各種 GaN デバイスを使用する場合の損失計算と放熱性能を得ることができます。
ソフトウェア開発キット (SDK)
C2000 マイコン向けデジタル電源ソフトウェア開発キット(SDK)
    • C2000™ マイコン(MCU)向けの DigitalPower SDK はソフトウェア・インフラ、ツール、資料で構成されており、各種 AC/DC、DC/DC、DC/AC 電源アプリケーション向け C2000 マイコン・ベース・デジタル電源システムの開発期間の大幅な短縮を可能にします。C2000 デジタル電源評価基板(EVM)で動作するファームウェアと、太陽光発電、テレコム、サーバー、電気自動車(EV)チャージャ、産業用パワー・デリバリ・アプリケーション向けの TI Designs(TID)が含まれています。DigitalPower SDK (...)

ラックとサーバー向けの電源 関連の各種リファレンス・デザイン

セレクションツールを使用すると、お客様のアプリケーションやパラメータに最適なリファレンス・デザインをご覧いただけます。

2022 年 11 月 29 日 | カンパニー・ブログ
サーバの消費電力が増加する中、半導体設計とパッケージングにおける革新的な技術は、データ・センタの効率改善に貢献します
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