Toepassings

Totas 2018 bedra die wêreldwye elektrisiteitsbehoeften ongeveer 20,000TWh. Die Inligting- en Kommunikasie Tegnologie (ICT) bedryf reken op 2000TWh of 10% van die wêreldwye elektrisiteit, waarvan die twee hoofdele netwerke (sonderdraad en met draad) en data senters is. Data senters alleen verbruik ongeveer 200TWh per jaar. Wyd aanhaalbare voorspellinge dui dat die totale elektrisiteitsbehoeften van ICT versnel in die 2020's, en dat data senters 'n grootere deel sal neem. Die behoefteversnelling word aangedryf deur eksponensiële data groei en 5G-toepassings.

Datacenters is die “breine” van die internet. Hul rol is om data te verwerk, op te slaan en te kommunikeer wat agter die verskeie inligtingsdienste staan waarop ons daaglikse vertrou, of dit nou streamingvideo, e-pos, sosiale media, telefoongesprekke of wetenskaplike berekeninge is. Datacenters maak gebruik van verskillende ICT-toestelle om hierdie dienste te verseker, alles wat deur elektrisiteit word geskuif. Sowwerwe, die sleutel-ICT-onderdele, verskaf berekeninge en logika as antwoord op inligtingaanvrae. Netwerktoestelle, insluitend draadloze Ethernet en draadlose basisstasies, verbind die datacenter met die internet en eindgebruikers, wat inkomende en uitgaande datavloeie moontlik maak. Die elektrisiteit wat deur hierdie IT-toestelle gebruik word, word uiteindelik in warmte omgeskakel, wat uit die datacenter verwynig moet word deur koelingstoerusting wat ook op elektrisiteit loop. Elke punt van magteffektiwiteitsverbetering het 'n beduidende impak nie net op bedryfskoste nie, maar ook op koolstofvoetafdrukkings.

Voordat dit by eindekomponente aankom, moet al die krag deur voorste-rektifiers verwerking ondergaan. Tans word die doeltreffendheid van bediener- en telekomkragstelsels hoofsaaklik op hierdie rektifierniveau verbeter. Die rektifiereffisiëntie van hoofstroomverskaffers lê tussen 90% en 96%. 'n 98% rektifiereffisiëntieoplossing is bewysbaar bereik, maar sy toepassing word steeds beperk deur die beskikbaarheid en koste van wyd-bandgaptoestelle en beheer-IC's. Behalwe effisiëntheid, is die kragdigtheid van die rektifikaar ook 'n sleutelontwerpvereiste vir datacenters. Hoër rektifikaarkragdigtheid sal meer ruimte vrymaak vir bedienerkapasiteitsinstallasies.

Rektifiseerders bestaan uit 'n voorspoedige Kragfaktorvergadering (PFC)-stadium en 'n geïsoleerde DC/DC-skakelaar. Om 'n rektifiseerder--effektiwiteit van 98% te bereik, moet beide PFC en DC/DC by 'n effektiwiteitsvlak van 99% funksioneer. Tradisionele PFC met ongeveer 97,5% piek-effektiwiteit is nie langer geskik vir soortgelyke ontwerpe nie. Brugloze PFC's word die enigste opsie vir die nuwe generasie rektifiseerderontwerp. Tans is daar twee verskillende brugloze PFC-topologieë, soos hieronder getoon, in produkte.

Double-Boost PFC bestaan egter uit twee boost-konvertere. Een werk tydens positiewe AC-siklusse en die ander werk tydens negatiewe AC-siklusse. Dit verminder die aantal halingsagtige toestelle in magverwerkingpadde van 3 in tradisionele PFC's tot 2, waardoor die doeltreffendheid verbeter word. Die voordeel van hierdie topologie is eenvoudige beheer. Tradisionele PFC-beheerders kan gebruik word met sommige kleinerning van die skakeling. Die nadeel is dat twee boost-induktore benodig word, wat die BOM-koste sal verhoog en die magdigtheidverbetering sal beïnvloed. 'n Enkel-fase CrM (Kritieke Modus) PFC het 'n baie beperkte ( < 500W) maghanteringsvermoë weens die hoë boost-induktorstroomwisselinge en moeilikheid van EMI-filterontwerp. ZVS CrM PFC's met meer as 500W mag gebruik dikwels twee fases wat onderlinge werksaam is. Deur die twee fases se skakelperiode met 180 grade te verskuif, kan die stroomwisselinge mekaar kanselleer en die totale stroomwisseling kan tot 'n aanvaarbare reeks verminder word.

Met die volwasse word en koste-verlaging van SiC en GaN, kan rektifiseerontwerp meer gevorderde en eenvoudiger topologieë gebruik om 'n doeltreffendheid van 96+% te bereik en op hoër skakelfrequensies te funksioneer. Die volgende is CCM (Continuous Conduction Mode) totem-pool PFC, wat goed geskik is vir kWs rektifiseerontwerp.

IVCT het 'n 2.5kW totem-pool PFC verwysingsontwerp ontwikkel. Die volgende is die verwysingsontwerp foto en sleuteltoetsdata. (skakel na Toepassingsnota)

2.5kW Totem-Pole PFC Verwysingsontwerp

Voor DC/DC-stages word halwe-brû en volle-brû LLC-topologieë baie gewild. Daar is twee hoofredes wat die bedryf laat oorskakel van die fase-verskuifde volle brû-topologie, wat 'n dominante topologie in hoë-kragsontwerp was, na die LLC-topologie. Volle belastingsreeks primêre ZVS en wyde belastingsreeks sekondêre ZCS is die hoofvoordeel van hierdie topologie. Sonder 'n spoel aan die sekondêre kant maak dit moontlik vir 'n 12V of 48V bediener-/telekomuitset om 'n sinchroniserende rektifikasiekring te gebruik en lei-verliese asemmerig te verminder. Die voordele maak dit moontlik vir LLC-konvertere om effektiwiteite van 99+% te bereik. As gevolg van die hoë uitsetstroompuls van LLC-konvertere word vir hoë-stroomuitsetontwerpe dikwels 'n onderlinge LLC-struktuur gebruik om die uitsetspantspanningspuls te verminder en selfverhitting van die uitsetfilterkapasitor te verlig.