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D'ici 2018, la demande mondiale d'électricité était d'environ 20 000 TWh. Le secteur des technologies de l'information et de la communication (TIC) représentait 2000 TWh, soit 10 % de l'électricité mondiale, les deux principales parties étant les réseaux (sans fil et filaires) et les centres de données. Les centres de données seuls consomment environ 200 TWh par an. Des prévisions souvent citées suggèrent que la demande totale d'électricité des TIC s'accélérera dans les années 2020, et que les centres de données prendront une part plus importante. Cette accélération de la demande est alimentée par une croissance exponentielle des données et les applications 5G.

Les centres de données sont les « cerveaux» d'Internet. Leur rôle est de traiter, stocker et communiquer les données derrière les nombreux services d'information dont nous dépendons quotidiennement, qu'il s'agisse de la diffusion de vidéos, du courrier électronique, des réseaux sociaux, des appels téléphoniques ou du calcul scientifique. Les centres de données utilisent différents appareils TIC pour fournir ces services, tous alimentés en électricité. Les serveurs, composants clés des TIC, fournissent des calculs et une logique en réponse aux demandes d'informations. Les équipements réseau, y compris les cartes Ethernet filaires et les stations de base sans fil, connectent le centre de données à Internet et aux utilisateurs finaux, permettant les flux de données entrants et sortants. L'électricité utilisée par ces dispositifs informatiques se transforme finalement en chaleur, qui doit être évacuée du centre de données par des équipements de refroidissement fonctionnant également à l'électricité. Chaque amélioration de l'efficacité énergétique a un impact significatif non seulement sur les coûts d'exploitation, mais aussi sur l'empreinte carbone.

Avant d'atteindre les composants finaux, toute l'énergie doit être traitée par des redresseurs frontaux. Actuellement, l'efficacité des systèmes d'alimentation en énergie pour serveurs et télécommunications est améliorée principalement au niveau de ces redresseurs. L'efficacité des redresseurs des principaux fournisseurs se situe entre 90 % et 96 %. Une solution d'efficacité de redresseur de 98 % a été prouvée techniquement réalisable, mais son application reste limitée par la disponibilité et le coût des dispositifs à large bande et des circuits intégrés de contrôle. Outre l'efficacité, la densité de puissance du redresseur est également un critère clé de conception pour les centres de données. Une plus grande densité de puissance du redresseur libérerait davantage d'espace pour l'installation de capacités supplémentaires de serveurs.

Les redresseurs sont composés d'une étape de correction du facteur de puissance (PFC) en amont et d'un convertisseur DC/DC isolé. Pour atteindre une efficacité de redressement de 98 %, à la fois le PFC et le DC/DC doivent fonctionner à un niveau d'efficacité de 99 %. Les PFC traditionnels avec une efficacité maximale d'environ 97,5 % ne conviennent plus pour de tels designs. Les PFC sans pont deviennent l'unique option pour la conception des nouveaux redresseurs. Actuellement, deux topologies différentes de PFC sans pont, comme illustré ci-dessous, sont utilisées dans les produits.

Le Double-Boost PFC se compose essentiellement de deux convertisseurs boost. L'un fonctionne pendant les cycles AC positifs et l'autre pendant les cycles AC négatifs. Il réduit le nombre de composants semiconducteurs dans les chemins de traitement de puissance à 2, contre 3 pour les PFC traditionnels, améliorant ainsi l'efficacité. L'avantage de cette topologie est un contrôle simple. Les contrôleurs PFC traditionnels peuvent être utilisés avec quelques modifications mineures du circuit. L'inconvénient est que deux inducteurs boost sont nécessaires, ce qui augmentera le coût des composants et affectera l'amélioration de la densité de puissance. Un PFC monophasé en mode CrM (mode critique) a une capacité de gestion de puissance très limitée (< 500W) en raison des fortes oscillations du courant de l'inducteur boost et des difficultés de conception du filtre EMI. Les PFC CrM à ZVS avec plus de 500W de puissance utilisent souvent deux phases entrelacées. En décalant les périodes d'interrupteur des deux phases de 180 degrés, les oscillations de courant peuvent s'annuler mutuellement et ramener les oscillations totales de courant à un niveau acceptable.

Avec la maturité et la réduction des coûts du SiC et du GaN, la conception de redresseurs peut utiliser des topologies plus avancées et plus simples pour atteindre une efficacité de 96+% et fonctionner à des fréquences d'interrupteur plus élevées. Ce qui suit est le PFC en totem-pole en CCM (Mode de Conduction Continue), qui convient bien à la conception de redresseurs de l'ordre du kW.

IVCT a développé une conception de référence de PFC en totem-pole de 2,5 kW. Ce qui suit sont la photo de la conception de référence et les données clés des tests. (lien vers la Note d'Application)

Conception de Référence de PFC en Totem-Pole de 2,5 kW

Pour les étapes DC/DC, les topologies LLC à pont demi-pont et pont complet deviennent très populaires. Il y a deux raisons principales qui poussent l'industrie à passer de la topologie à pont complet décalé en phase, qui était dominante dans la conception haute puissance, à la topologie LLC. Le principal avantage de cette topologie est le ZVS primaire sur toute la plage de charge et le ZCS secondaire sur une large plage de charge. Sans inducteur du côté secondaire, une sortie serveur/télécom de 12V ou 48V permet d'utiliser un circuit de rectification synchrone et de réduire considérablement les pertes de conduction. Ces avantages permettent aux convertisseurs LLC d'atteindre des conceptions d'efficacité de 99+% et plus. En raison des fortes ondulations de courant de sortie des convertisseurs LLC, pour les conceptions de sortie haute intensité, une structure LLC entrelacée est souvent utilisée pour réduire les ondulations de tension de sortie et atténuer le chauffage autonome des condensateurs du filtre de sortie.