AI サーバーの主電源：主 LLC と共振インダクタの領分

AI サーバーとデータセンター向け電源ユニット（PSU）の電力は上がり続けており、設計側は「この三層絶縁電線（TIW）は AI サーバーに使えるのか」とよく問われます。この問いは、まず段階ごとに分けてから答える必要があります。本稿が扱うのは主電力段のみ——前段の PFC、主 LLC トランス、共振インダクタと励磁インダクタです。先に結論を述べると、この段はプレーナトランス（planar）とリッツ線（litz）の領分であり、一次／二次間の絶縁は多層 PCB の絶縁フィルムと距離設計によって実現されるもので、いかなる単線の三層絶縁電線の品類でもありません。本稿は電源／磁性部品／安全規格／調達のエンジニアに率直な境界線を示します。同じ PSU の中で TIW が本当に位置づけられる場所（補助／待機／バイアス電源とゲートドライブ）については、データセンター／AI サーバー電源：主電力はなぜ planar／litz なのかをご覧ください。大晉製品の数値はすべて承認書によるものとします。

1. まず「主電力段」だけを切り出して見る

サーバー PSU は主電力経路と補助経路に分けられ、両者で磁性部品への要求は異なります。主電力経路とは、商用電源を整流し、力率改善を行い、絶縁型 DC-DC を経てエネルギーを出力へ送る幹線です。Infineon が AI データセンターとサーバー向けに書いた 12 kW PSU リファレンスデザイン（アプリケーションノート AN133110）を例に取ると、構成は二段式です：前段はインターリーブ 3 レベル・フライングキャパシタ・トーテムポール PFC（力率改善を行い、中間 DC バスを安定化）、後段は絶縁型 DC-DC LLC 共振コンバータ（約 50 VDC の安定化出力）で、装置全体で 113 W/in³ の電力密度とピーク効率 97.8% を達成しています。本稿が論じるのは、この幹線上の磁性部品です。

• PFC インダクタ／チョーク — 役割：力率改善、中間バスの安定化；工法：大電流の巻線磁性部品（銅線／リッツ線）；単線 TIW の品類か：否
• 主 LLC トランス — 役割：一次／二次間の絶縁と電圧調整、主出力；工法：プレーナトランス（多層 PCB 巻線）；単線 TIW の品類か：否（§2 参照）
• 励磁／共振インダクタ（LLC 共振タンク） — 役割：LLC 共振を構成し、ZVS ソフトスイッチングを支える；工法：リッツ線で巻いたインダクタ；単線 TIW の品類か：否（§3 参照）

要点を先に述べます：主電力段の絶縁と巻線は「プレーナ＋リッツ」の2つの工法で成り立っており、単線の三層絶縁電線を巻き込んで実現している箇所は一つもありません。TIW は PSU 全体の中に確かに居場所がありますが、この段ではありません（§4 参照）。

2. 主 LLC トランス：プレーナ（多層 PCB 巻線）の領分

その Infineon 12 kW 設計では、主 LLC トランスは「hybrid planar」構造を採用しています：同一のトランス2個を一次側直列・二次側並列に接続し、各トランスは主プレーナ磁性トランスで構成され、巻線は「線を巻く」のではなく多層 PCB のエッチング銅層で実現されています（一次側は 9 ターン必要で、4 ターンの 6 層 PCB と 5 ターンの 6 層 PCB を直列に接続し、さらに複数枚を並列にして巻線抵抗と導通損失を下げています）。

鍵となるのは、絶縁がどこから来るかです。この設計では一次／二次間を 50 μm の Kapton フィルムで隔てて絶縁耐力を高め、FR4 のスペーサで一次・二次巻線の距離を広げて巻線間容量を下げています——つまり、この段の強化絶縁と耐電圧は、PCB の層間絶縁、絶縁フィルム、沿面距離／離間距離の設計が共同で実現しているのであって、厚い絶縁の単線を巻き込んでいるのではありません。

なぜ主トランスはプレーナなのか。プレーナ磁性部品に対する業界の共通認識は、低背であること、漏れインダクタンスと寄生容量を精密に設定でき再現性が高いこと、放熱に優れること（広い銅箔面積とコア面が熱拡散に有利）であり、AI データセンターやサーバーのような高周波（500 kHz 以上が多い）・高電力密度の電源段に特に適しています。プレーナトランスが「多層 PCB を巻線にする」こと自体が、すでに「単線を巻く」ことを主トランスから排除しているのです。

3. 共振インダクタと励磁インダクタ：リッツ線（litz）の領分

LLC 共振タンクには共振インダクタと励磁インダクタが必要です。数百 kHz の動作周波数では、巻線の交流抵抗は表皮効果（電流が導体の外縁へ集中していく）と近接効果（隣接する導体が互いに電流分布を押しのける）によって直流抵抗をはるかに上回ります。業界の標準的な解決策がリッツ線（litz wire）です——互いに絶縁された数十～数百本の細い素線を撚り合わせ、電流を均等に分担させてこの2つの高周波損失を抑えるもので、典型的には 10 kHz–5 MHz の磁性部品に用いられます。

その Infineon 設計に戻ると、励磁インダクタはリッツ線で巻かれ（プレーナトランス構造の上に置かれ、一次側と並列に接続して ZVS に必要な励磁インダクタンス値を得る）、共振インダクタは独立した磁性部品として作られ、同じくリッツ線で巻かれています（約 1.65 μH、2つの空隙に分けて磁束を相殺させコア損失を下げる）。言い換えれば、主電力段で「巻く必要がある」2つのインダクタが使うのは多芯のリッツ線であって単線ではありません——ここで解くべきは高周波の銅損であり、沿面距離を省く安全規格上の絶縁ではないからです。

4. なぜこの段は単線の三層絶縁電線の品類ではないのか

前の2節を合わせると、主電力段の工法の分担は明快です：絶縁と電圧調整を担う主トランスはプレーナ（多層 PCB＋絶縁フィルム＋距離）、共振タンクのインダクタはリッツ線（多芯撚線で交流抵抗を下げる）。三層絶縁電線（TIW）の設計上の位置づけは、ちょうど別のものです——それは単線（または少数芯の撚線）のエナメル線に厚い三層絶縁を施したもので、その価値は「1本の線で強化（Reinforced）絶縁を達成し、沿面距離と絶縁テープを省く」ことにあり、低～中電力の小型絶縁トランスをより小さく作れるようにします。この強みが合致するのは、補助／待機／バイアス電源やゲートドライブといった小型絶縁トランスであって、主電力段の絶縁と巻線ではありません。

ここで、よくある誤解を特に明確にしておきます：大晉の4型番のうち TLW-B7S は撚線（7芯、素線 0.10–0.30 mm、承認書による）ですが、その撚線は小型絶縁トランスで強化絶縁と可撓性を実現するためのものです。一方、主電力インダクタが交流抵抗を下げるために採用するリッツ線は、数十～数百芯で素線がさらに細い細撚線です（上記設計では励磁インダクタが 300 芯、共振インダクタが 512 芯、素線 50 μm）。両者は芯数、線径、目的のいずれも異なる別の工学的対象であり、「撚線」という言葉だけで等号を結ぶと、安全規格上の絶縁用の TIW を主電力の損失管理用の litz と取り違えることになります。

したがって、「AI サーバーの主電源に三層絶縁電線を使うべきか」という問いへの率直な答えは：主電力段では使わず、単線 TIW の方向で考えるべきでもない、そこはプレーナとリッツの領分である、ということです。大晉は製造業者であり（台湾・台南帰仁の自社工場。UL の登録に記載された製造拠点が当工場）、4型番の三層絶縁電線（TLW-B／TLW-BB／TLW-B7S／TLW-F）の位置づけは小型絶縁トランスにあり、条件はすべて承認書によります。本稿は大晉製品が特定の AI サーバーやデータセンターに採用されていると主張するものではなく、上記第三者設計のいかなる数値も大晉の条件として扱いません。同じ PSU の中で TIW が本当に入り込める補助電源段についてはデータセンター／AI サーバー電源：主電力はなぜ planar／litz なのかを、型番と熱等級の最初の分岐については三層絶縁電線の選定ガイドと電線の熱等級と絶縁システムの熱等級をご覧ください。