nisi

ルネサスの800V→6V/20kW電源、設計も凄いが評価も相当大変そう。 効率96.3%はまだ損失解析による予測値。実測で証明するには、出力6V・3,333A、損失約770Wを正確に評価しなければならない。 接触抵抗がわずか2µΩ増えるだけで損失は約22W。効率が96.3%から96.2%に落ちる。バスバーや電圧検出点の取り方まで結果に効いてくる。 20kWを食わせる負荷も、発熱を逃がす冷却も一仕事。 回路を作る人も凄いが、それを測る人も凄い。こういう評価現場を一度見てみたい。

ありがとうございます。興味を持ったので、ルネサスのホワイトペーパーを読んでみたら、想像以上に面白い世界でした。 特に興味を引かれたのが「電圧制御をしない」「電流センサを追加しない」「主役はGaNじゃない」の3点。 ① 電圧制御をしない LLC DCXという方式で、共振周波数付近で固定駆動する。出力電圧の高速なフィードバック制御は持たず、6Vの安定化は後段の多相Buckに任せる。 方式自体は以前からあるものですが、800V→6V、20kWという規模で実現するのが面白い。 一次側GaNと二次側の同期整流MOSFETは、RA6T2マイコンのPWMで駆動する。ちなみに、6V・3,333Aを普通のダイオードで整流すれば、順方向電圧0.7Vとして約2.3kWもの損失になる。 気になるのは共振周波数のばらつき。試作段階ではモジュールごとに周波数を微調整して共振点に合わせたそうですが、製造ばらつきや温度変化を量産でどう吸収するのか。 ② 電流センサを追加しない 3,333Aを運ぶ銅バスバーそのものを電流検出に利用できる設計になっている。 銅の抵抗温度係数は約0.39%/℃。温度が2.5℃ずれるだけで、抵抗値は約1%変わる。 つまり、電流を1%の精度で測ろうとすると、銅の温度をかなり正確に把握する必要がある。しかも「温度センサが測った温度」と「実際の銅の温度」は必ずしも一致しない。 数千Aの世界では、配線もセンサも、もはや回路の一部です。 ③ 主役はGaNじゃない 損失解析を見て驚いたのが、764Wのうち496W、約65%がトランスの銅損（シールド損含む）という数字。GaNの損失は約7%。 1MHz級なら銅の表皮深さは約66µm。2oz銅箔の厚さは約70µm。さらに近接効果まで効いてくる。 銅を厚くすれば済む話ではない。薄い巻線を何層にも分け、一次側と二次側をどう配置するかが重要になる。 ところが一次側と二次側の間には高電圧を隔てる絶縁が必要。絶縁を確保しながら、銅損、漏れインダクタンス、電流分担を同時に最適化しなければならない。 電力変換部の厚さはわずか6.5mm。そこから約800Wの損失を逃がす。 回路図は1ページに収まる。でも勝負の65%は回路図に描かれていない。銅箔のパターン、絶縁材料、磁気設計、熱設計。 磁気部品専業のPayton Planarと組んでいる理由がよくわかります。 今後の注目点は4つ。 ・96.3%はまだ計算値。実測でどこまで出るか。 ・試作時にモジュールごとに微調整した共振周波数が、設計値からどれだけずれていたのか。量産時のばらつきをどう吸収するか。 ・GPUの急激な負荷変動を、後段の多相Buckと6Vバスを含むシステム全体でどう受け止めるか。 ・そもそも800V→6Vの直接変換が、12Vや48Vなどを経由する方式に対して、効率・実装密度・コストで勝てるのか。 電源の専門家ではないのですが、どれをとっても高度で、とても地道な仕事だと思います。そして忘れてはいけないのは、これが800Vと数千Aの世界だということ。 直流800Vは交流のような電流ゼロ点がなく、一度発生したアークが持続しやすい。大電流のバスバーを工具で短絡させれば、アークや溶融金属の飛散につながりかねない。 回路図やホワイトペーパーを眺めるだけでは見えない、実機評価の難しさと危険がある。 そういう現場で開発を進めている人たちには、尊敬しかありません。