Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

inleitung – Leistungsanforderungen moderner KI-Server

Mit dem rapiden Wachstum von KI-Workloads und hyperskalierbaren Datenzentren steigen die Anforderungen an die Stromversorgung in Hochleistungs-Servern kontinuierlich. Besonders Netzteile in 1U-Rackservern müssen auf begrenztem Raum eine hohe Leistungsdichte, langzeitstabile Betriebssicherheit und Effizienz sicherstellen. Kondensatoren im Gleichspannungszwischenkreis (DC-Link) sind dabei zentrale Funktionsbausteine, um Spannungsschwankungen zu glätten, Energie zu speichern und hohe Ripple-Ströme zu handhaben – und sie stehen gerade im Zeitalter von GaN- bzw. SiC-Leistungshalbleitern vor neuen technischen Herausforderungen.

Drei Herausforderungen in AI-Server-Netzteilen

In der Konstruktion von AC-DC-Netzteilen für KI-Server lassen sich drei grundlegende Herausforderungen identifizieren:

1. Konkurrenz zwischen Kapazität und Bauraum
2. In einem 1U-Servergehäuse ist der verfügbare Platz beschränkt. Klassische Hornkondensatoren liefern oft nicht genügend Energie in der vorgegebenen Höhe, um die für hohe Leistungsdichten erforderlichen Kapazitäten bereitzustellen.
3. Lebensdauer unter hohen Temperaturen
4. Servernetzteile arbeiten typischerweise im Dauerbetrieb bei hohen Umgebungstemperaturen. Standardkondensatoren zeigen einen deutlichen Kapazitäts- und Lebensdauerabbau bei 105 °C, was die Zuverlässigkeit über Jahre hinweg beeinträchtigen kann.
5. Hohe Schaltfrequenzen und Ripple-Anforderungen
6. Mit der verstärkten Nutzung von Wide-Bandgap-Halbleitern (GaN/SiC) in Schaltreglern steigen die Schaltfrequenzen in Richtung 100 kHz und mehr. Dadurch müssen Kondensatoren nicht nur hohe Ripple-Ströme tolerieren, sondern auch niedrige ESR-Werte bei hohen Frequenzen liefern.

Technologische Antwort: Hochspannungs-Kondensatoren der YMIN IDC3-Serie

Um diesen Herausforderungen zu begegnen, hat YMIN Electronics die IDC3-Serie von Hochspannungskondensatoren entwickelt – flüssigkeitsgefüllte Snap-In-Aluminium-Elektrolytkondensatoren mit optimierter Material- und Zellstruktur. Die IDC3-Baureihe bietet entscheidende Vorteile in drei technischen Dimensionen:

1. Höhere Kapazitätsdichte bei kompakter Bauform

Durch ein kompaktes Φ30 × 70 mm-Gehäuse gelingt es, eine hohe Nennkapazität von 450 V/1400 µF innerhalb der typischen Höhenbeschränkungen eines 1U-Netzteils unterzubringen – eine Kapazitätssteigerung von über 70 % im Vergleich zu herkömmlichen Kondensatoren gleicher Baugröße.

2. Verbesserte Lebensdauer bei hohen Temperaturen

Dank einer optimierten Elektrolyt-Formulierung und Zellstruktur erreicht die IDC3-Serie eine Langzeitzuverlässigkeit von über 3000 Betriebsstunden bei 105 °C, was deutlich über den Standardanforderungen klassischer Produkte liegt. Diese thermische Stabilität erhöht die Gesamtzuverlässigkeit des Netzteils im Dauerbetrieb.

3. Anpassung an hohe Schaltfrequenzen

Ein speziell entwickeltes Design mit niedrigem ESR ermöglicht es den Kondensatoren, hohe Ripple-Ströme bei Schaltfrequenzen von ~120 kHz effizient zu verarbeiten, wie sie in GaN- bzw. SiC-basierten Leistungsstufen üblich sind. So wird die Energieeffizienz gesteigert und die Stabilität der Spannungsversorgung verbessert.

Einsatz und Validierung in realen Systemen

In der Praxis wurden Kondensatoren der IDC3-Serie bereits in Kooperation mit führenden GaN-Halbleiterherstellern in Netzteilen mit Leistungen von 4,5 kW bis über 12 kW erfolgreich eingesetzt. Diese Zusammenarbeit bestätigt nicht nur die Robustheit der Komponenten, sondern auch ihre Eignung für anspruchsvolle AI-Server-Topologien mit hoher Leistungsdichte.

Fazit

Die Entwicklung leistungsfähiger Hochspannungskondensatoren wie der IDC3-Serie ist ein Beispiel dafür, wie passive Bauelemente eine Schlüsselrolle in der Energieinfrastruktur der nächsten Generation von KI-Servern spielen. Durch gesteigerte Kapazitätsdichte, thermische Stabilität und hohe Schaltfrequenz-Toleranz tragen sie entscheidend dazu bei, die Effizienz, Zuverlässigkeit und Leistung moderner Servernetzteile zu verbessern – und somit die Grundlage für nachhaltige KI-Rechenleistung zu schaffen.

Quellenlink: https://www.ymin.cn/news/the-hidden-heroes-behind-ai-computing-power-how-domestically-produced-high-voltage-capacitors-%cf%8630x70mm-450v1400%c2%b5f-105%e2%84%833000h-solve-three-major-challenges-in-server-power-su/

Autor: Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd. （https://www.ymin.cn/)

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