1 はじめに

データ センターのサーバー電源ユニットで電力損失が発生すると、エンターテインメントから金融取引、ホーム セキュリティ システムに至るまで、あらゆるサービスが中断される可能性があります。Open Compute Project (OCP) の V2 Power Shelf Specification [1] などの仕様では、堅牢な AC ドロップアウト制御アルゴリズムを用いてサーバーのダウンタイムを削減する必要性が指摘されています。また、データ センターでは、受動部品の小型化を図りながら力率補正 (PFC) の軽負荷とピーク効率を改善する費用対効果の優れた高ソリューションの実現が求められていますが、従来型の連続導通モード制御 [8 - 2] では難しくなっています。

この問題に対処するために、テキサス・インスツルメンツは 2 相統合型の三角波電流モード (iTCM) PFC (図 1) [9] を使用して、窒化ガリウム (GaN) ベースの高密度設計を開発しました。値の低いインダクタを高周波で動作させることで、この設計では高い効率 (>99%) と電力密度 (120 W/in³) を実現しいます。このような小型インダクタの場合、わずか数マイクロ秒のスイッチのオン時間で 70A を超えるスイッチ電流が発生するという、AC 電圧低下からの回復に特有の問題が生じます。また、タイミングが遅れると大きな逆電流が発生し、PFC の回復がさらに悪化する可能性もあります。電流レベルを安全な範囲に維持し、逆電流を防止するには、AC 電圧低下と回復の問題を解決する新しいソリューションを開発する必要がありました。この記事は、『可変周波数、ZVS (ゼロ電圧スイッチング)、5kW、GaN ベース、2 相トーテムポール PFC のリファレンス デザイン』 [表 1] に基づくラボ検証データをもとに、10 に主要コンポーネントとシステム仕様を示すこのソリューションについて説明します。