零电压开关电容转换器（ZSC）

英飞凌的零电压切换开关电容器转换器（ZSC）拓扑——为 48 V 输入系统提供高效率和功率密度

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概述

英飞凌的两级 48 V/54 V ZSC 架构适用于高性能处理器（CPU、GPU、SoC、ASIC 等），在不影响性能的前提下，为不同功率等级提供了灵活的可实施性和可扩展性。

产品优势

  • 高效率
  • 出色的功率密度
  • 简化设计
  • 灵活的应用
  • 可扩展的架构
  • 鲁棒性的系统设计

框图

关于

零电压切换开关电容器转换器（ZSC）

48V配电架构可以显著降低I2R损耗，但也带来了许多挑战，例如高效的电压转换和系统稳定性。通过引入专有的 ZSC 和 HSC 拓扑，英飞凌成功应对了这些挑战。

ZSC 拓扑结构从 48 V 总线电压提供 12 V 未调节电源轨，主要依靠开关和电容器将能量从较高电压轨传输到较低电压轨。该拓扑结构本质上确保了零电压开关操作，从而实现了高开关频率和高功率密度。这意味着当转换器中的开关两端的电压为零时，开关就会打开和关闭，从而最大限度地减少开关损耗并提高效率。此外，由于转换器以高频工作，因此可以使用更小的磁性元件（例如电感器和变压器），从而节省空间并降低成本。

通过在您的设计中使用英飞凌的 ZSC 拓扑，您可以有效地应对 48 V 配电架构的挑战，并确保您的系统高效且节省成本。

ZSC 拓扑操作

ZSC 是一种以过谐振方式运行的谐振开关转换器。电感器和电容器 (LC) 网络产生在每个开关周期内以正弦方式变化的电流和电压波形。当开关频率与 LC 谐振频率匹配时，效率最佳，因此开关既为零电压，又为零电流。虽然完美匹配是不可能的，但 ZVS 电感器会补偿不匹配，从而在每个 MOSFET 导通之前强制电压为零。

在该方案中，环路电感的主要贡献者是 MOSFET，特别是其封装的夹子、键合线和引线框架以及电容器。PCB 也会增加环路周围的电感。由于过谐振操作和 ZVS 电感器的添加，不需要完美的 PCB 布局。然而，为了获得最佳效率，电源形状路由应该是稳健的，以最大限度地减少 I2R 损失，同时具有较小的换向环路以最大限度地减少 AC 损失。

感兴趣吗？英飞凌提供 PCB 设计建议，指导您的物理设计流程，确保达到最佳性能和效率。请在下面查看。

ZSC 拓扑特征

在设计中使用 ZSC 的主要优势是它能够实现高效率和高密度。

这是通过使用具有更佳品质因数 (Vout，2 x Vout) 的低压 FET 实现的。ZSC 拓扑使用具有更佳品质因数 (FOM) 的低压 MOSFET 来实现更高的效率、降低开关损耗并实现高频操作。为了进一步减少开关损耗，ZSC 采用软开关操作，而不管元件公差和输入电压变化（LZVS 提供软开关功能）。

此外，ZVS 开关可实现高开关频率操作。通过在零电压下切换，MOSFET 可以处理更高的频率，从而提高功率密度。固有的压降电流共享功能简化了并联操作，并确保每个 ZSC 都对功率传输功能做出贡献，从而增加功率输出。

在您的设计中选择英飞凌的 ZSC 时，无需在主电流路径中使用功率磁性元件。LC谐振网络提供功率传输功能，省去了大型、昂贵的变压器，减小了电路的尺寸和成本。

零电压切换开关电容器转换器（ZSC）

48V配电架构可以显著降低I2R损耗，但也带来了许多挑战，例如高效的电压转换和系统稳定性。通过引入专有的 ZSC 和 HSC 拓扑，英飞凌成功应对了这些挑战。

ZSC 拓扑结构从 48 V 总线电压提供 12 V 未调节电源轨，主要依靠开关和电容器将能量从较高电压轨传输到较低电压轨。该拓扑结构本质上确保了零电压开关操作，从而实现了高开关频率和高功率密度。这意味着当转换器中的开关两端的电压为零时，开关就会打开和关闭，从而最大限度地减少开关损耗并提高效率。此外，由于转换器以高频工作，因此可以使用更小的磁性元件（例如电感器和变压器），从而节省空间并降低成本。

通过在您的设计中使用英飞凌的 ZSC 拓扑，您可以有效地应对 48 V 配电架构的挑战，并确保您的系统高效且节省成本。

ZSC 拓扑操作

ZSC 是一种以过谐振方式运行的谐振开关转换器。电感器和电容器 (LC) 网络产生在每个开关周期内以正弦方式变化的电流和电压波形。当开关频率与 LC 谐振频率匹配时，效率最佳，因此开关既为零电压，又为零电流。虽然完美匹配是不可能的，但 ZVS 电感器会补偿不匹配，从而在每个 MOSFET 导通之前强制电压为零。

在该方案中，环路电感的主要贡献者是 MOSFET，特别是其封装的夹子、键合线和引线框架以及电容器。PCB 也会增加环路周围的电感。由于过谐振操作和 ZVS 电感器的添加，不需要完美的 PCB 布局。然而，为了获得最佳效率，电源形状路由应该是稳健的，以最大限度地减少 I2R 损失，同时具有较小的换向环路以最大限度地减少 AC 损失。

感兴趣吗？英飞凌提供 PCB 设计建议，指导您的物理设计流程，确保达到最佳性能和效率。请在下面查看。

ZSC 拓扑特征

在设计中使用 ZSC 的主要优势是它能够实现高效率和高密度。

这是通过使用具有更佳品质因数 (Vout，2 x Vout) 的低压 FET 实现的。ZSC 拓扑使用具有更佳品质因数 (FOM) 的低压 MOSFET 来实现更高的效率、降低开关损耗并实现高频操作。为了进一步减少开关损耗，ZSC 采用软开关操作，而不管元件公差和输入电压变化（LZVS 提供软开关功能）。

此外，ZVS 开关可实现高开关频率操作。通过在零电压下切换，MOSFET 可以处理更高的频率，从而提高功率密度。固有的压降电流共享功能简化了并联操作，并确保每个 ZSC 都对功率传输功能做出贡献，从而增加功率输出。

在您的设计中选择英飞凌的 ZSC 时，无需在主电流路径中使用功率磁性元件。LC谐振网络提供功率传输功能，省去了大型、昂贵的变压器，减小了电路的尺寸和成本。

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