Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Zusammenfassung

Mit dem rasanten Anstieg der Leistungsdichte durch KI-Computing steigen auch die Anforderungen von Rechenzentren an Effizienz und Integrationsgrad ihrer Stromversorgungssysteme. Diese Arbeit untersucht das weltweit erste 8,5 kW Server-Netzteil von Navitas Semiconductor und dessen Anforderungen an passive Bauelemente, insbesondere Kondensatoren. Vorgestellt wird die IDC3-Serie von YMIN – aluminium-elektrolytische Snap-In-Kondensatoren mit hoher Energiedichte und flüssigkeitsgetränktem Dielektrikum. Ihre Leistung wird im realen Einsatz analysiert. Die IDC3-Serie zeigt klare Vorteile in Bezug auf Leistungsdichte, thermisches Management und Ausgangsstabilität.

1. Einleitung

KI-Server entwickeln sich von herkömmlichen 1–2 kW-Plattformen hin zu ultrahochdichten 8,5 kW-Systemen. In solchen Architekturen werden Stromversorgungsmodule zunehmend zum Engpass für die Gesamtleistung. Passive Komponenten – insbesondere Kondensatoren – müssen vielfältigen Anforderungen gerecht werden: Miniaturisierung, hohe Zuverlässigkeit und thermische Belastbarkeit unter hochfrequenten, leistungsstarken Betriebsbedingungen. Navitas setzt in seiner Plattform auf GaN- und SiC-Halbleiter, was besonders strenge Anforderungen an die unterstützenden Kondensatoren stellt.

2. Anforderungen an Kondensatoren in KI-Server-Stromversorgungen

Die wichtigsten Herausforderungen für Kondensatoren in zukünftigen Server-Stromarchitekturen sind:

• Platzbeschränkungen: Hohe Bauteildichte erfordert kompakte Bauformen;
• Thermisches Management: Hohe Ausgangsleistung erzeugt erhebliche Wärme, Kondensatoren müssen über niedrigen ESR und effiziente Wärmeableitung verfügen;
• Ripple-Unterdrückung: Hochfrequente Schaltungen verlangen exzellente Ripple-Stromtoleranz und Rauschunterdrückung;
• Langzeit-Zuverlässigkeit: Dauerbetrieb rund um die Uhr (24/7) erfordert lange Lebensdauer und stabile Leistung bei hohen Temperaturen.

3. Lösung: YMIN IDC3-Serie

Die IDC3-Serie von YMIN besteht aus Snap-In Aluminium-Elektrolytkondensatoren mit flüssigkeitsgetränktem Dielektrikum – speziell entwickelt für Hochleistungsserver.

Wichtige Merkmale:

• Hohe Energiedichte: Bis zu 1400 μF@500 V bei bis zu 36 % Volumenreduktion im Vergleich zu herkömmlichen Typen – optimale Platinenraumnutzung.
• Ultra-niedriger ESR: Bis zu 6 mΩ – minimiert Eigenerwärmung und erhöht die Energieeffizienz.
• Hohe Ripple-Stromfestigkeit: Einzelkondensatoren verkraften Ripple-Ströme über 20 A – ideal für schnell schaltende Umgebungen.
• Hohe Temperaturbeständigkeit und Lebensdauer: ≥3000 Stunden bei 105 °C – garantiert langfristige Systemstabilität im Rechenzentrumsbetrieb.

Beispielhafte technische Daten:

• 450 V / 1200 μF, Abmessung: Ø30 × 70 mm
• 500 V / 1400 μF, Abmessung: Ø30 × 85 mm
• ESR: <6 mΩ; Ripple-Strom: >20 A
• Betriebstemperatur: –40 °C bis +105 °C; Lebensdauer: ≥3000 h @ 105 °C

4. Leistungsvalidierung in der Anwendung

Im 8,5 kW-Server-Netzteil-Prototyp von Navitas führte der Einsatz der IDC3-Serie anstelle herkömmlicher Kondensatoren zu folgenden Verbesserungen:

• Systemwirkungsgrad stieg auf 97,5 %
• Thermische Reserve verbesserte sich um 12 %
• Ausgangsspannungs-Ripple sank um über 30 %
• Gesamtvolumen des Systems verringerte sich um ca. 20 % bei gleicher Leistung

Weitere unterstützende Kondensatorlösungen von YMIN:

• Festkörper-Polymerkondensatoren (NPC/NHT-Serie): Niedriger ESR, hohe Ripple-Toleranz, hohe Temperaturbeständigkeit
• Mehrlagige Polymer-Aluminiumkondensatoren (MPD-Serie): Hohe Spannungsfestigkeit bei kompakter Bauform
• Tantal-Polymerkondensatoren (TPD40-Serie): Hohe Kapazität, geringe Leckströme, hohe Zuverlässigkeit unter rauen Bedingungen

5. Fazit

Die IDC3-Serie von YMIN bietet eine leistungsstarke Lösung für kompakte, hocheffiziente Stromversorgungen von KI-Servern. Ihre Vorteile in Energiedichte, ESR, Ripple-Stromverhalten und thermischer Belastbarkeit machen sie zu einem Schlüsselbauteil im 8,5 kW-Design – und ermöglichen eine skalierbare Plattform für zukünftige 12 kW-Systeme und darüber hinaus. YMIN wird die Entwicklung hochzuverlässiger Kondensatoren weiter vorantreiben, um den steigenden Anforderungen von Rechenzentren im KI-Zeitalter gerecht zu werden.

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