आवेदन

साल 2018 तक, वैश्विक विद्युत मांग लगभग 20,000TWh थी। जानकारी और कम्यूनिकेशन तकनीक (ICT) उद्योग ने वैश्विक विद्युत का 2000TWh या 10% खपत की, जिसके दो मुख्य हिस्से जालस्थल (आकाशीय और तारबद्ध) और डेटा केंद्र थे। अकेले डेटा केंद्र प्रति वर्ष लगभग 200TWh विद्युत खपत करते हैं। बहुत सारे अनुमानों के अनुसार ICT की कुल विद्युत मांग 2020 के दशक में तेजी से बढ़ेगी और डेटा केंद्रों का बड़ा हिस्सा होगा। यह मांग वृद्धि घातीय डेटा वृद्धि और 5G एप्लिकेशनों से प्रेरित है।

डेटा सेंटर इंटरनेट के 'ब्रेन' हैं। उनकी भूमिका हमारे प्रत्येक दिन के लिए जिन जानकारी सेवाओं पर निर्भर करते हैं, चाहे वह स्ट्रीमिंग वीडियो, ईमेल, सोशल मीडिया, फोन कॉल या वैज्ञानिक कंप्यूटिंग हो, उनके पीछे डेटा को प्रसंस्करण, स्टोर और संचार करना है। डेटा सेंटर इन सेवाओं को प्रदान करने के लिए विभिन्न ICT उपकरणों का उपयोग करते हैं, जो सभी बिजली से चलते हैं। सर्वर, मुख्य ICT घटक, जानकारी अनुरोधों पर गणना और तर्क प्रदान करते हैं। नेटवर्क उपकरण, जिनमें तारित ईथरनेट और बेस स्टेशन शामिल हैं, डेटा सेंटर को इंटरनेट और अंतिम उपयोगकर्ताओं से जोड़ते हैं, जो आने वाले और जाने वाले डेटा प्रवाह को सक्षम करते हैं। इन IT उपकरणों द्वारा उपयोग की गई बिजली अंततः ऊष्मा में परिवर्तित हो जाती है, जिसे बिजली पर चलने वाले ठंडे उपकरणों द्वारा डेटा सेंटर से हटाया जाना चाहिए। प्रत्येक बिजली की दक्षता में सुधार न केवल संचालन लागत पर प्रभाव डालता है, बल्कि कार्बन प्रवर्धन पर भी।

अंतिम घटकों तक पहुँचने से पहले, सभी बिजली को फ्रॉन्ट-एंड रेक्टिफायर्स द्वारा प्रसंस्कृत किया जाना चाहिए। वर्तमान में, सर्वर और टेलीकॉम पावर सिस्टम की दक्षता अधिकांशतः इस रेक्टिफायर स्तर पर सुधारी जाती है। मुख्य विक्रेताओं की रेक्टिफायर दक्षता 90% से 96% है। 98% रेक्टिफायर दक्षता का समाधान प्राप्त करना सिद्ध हो चुका है, लेकिन इसके अनुप्रयोग को चौड़े बैंडगैप डिवाइस और नियंत्रण IC की उपलब्धता और लागत द्वारा सीमित किया जाता है। दक्षता के अलावा, रेक्टिफायर का शक्ति घनत्व भी डेटा केंद्रों के लिए एक महत्वपूर्ण डिजाइन मांग है। उच्च रेक्टिफायर शक्ति घनत्व अधिक सर्वर क्षमता स्थापना के लिए अधिक स्थान मुक्त करेगा।

रेक्टिफायर्स में एक पूर्व-प्रतिनियंत्रक शक्ति कारक संग्रहण (PFC) स्टेज और एक अलग DC/DC कनवर्टर से मिला होता है। 98% रेक्टिफायर कुशलता प्राप्त करने के लिए, PFC और DC/DC दोनों को 99% कुशलता स्तर पर काम करना पड़ता है। पारंपरिक PFC जिसकी चरम कुशलता लगभग 97.5% होती है, ऐसे डिजाइन के लिए अब उपयुक्त नहीं है। ब्रिजलेस PFCs नए जीनरेशन के रेक्टिफायर डिजाइन के लिए एकमात्र विकल्प बन गए हैं। वर्तमान में नीचे दिखाए गए अनुसार, उत्पादों में दो अलग-अलग ब्रिजलेस PFC टॉपोलॉजी हैं।

डबल-बूस्ट PFC मूल रूप से दो बूस्ट कनवर्टर से मिलकर बना होता है। एक पॉजिटिव AC साइकिल पर काम करता है और दूसरा नेगेटिव AC साइकिल पर। यह पावर प्रोसेसिंग पथ में सेमीकंडक्टर डिवाइस की संख्या को पारंपरिक PFC की तुलना में 3 से 2 कर देता है, और ऐसे में दक्षता में सुधार होता है। इस टोपोलॉजी का फायदा सरल नियंत्रण है। पारंपरिक PFC कंट्रोलर को कुछ छोटी सी सर्किट संशोधन के साथ इस्तेमाल किया जा सकता है। इसकी कमी यह है कि दो बूस्ट इंडक्टर की आवश्यकता होती है, जो BOM लागत बढ़ा सकती है और पावर घनत्व सुधार पर प्रभाव डाल सकती है। एक फेज CrM (क्रिटिकल मोड) PFC की पावर हैंडलिंग क्षमता बहुत सीमित (<500W) होती है, क्योंकि बूस्ट इंडक्टर करंट रिपल अधिक होती है और EMI फिल्टर डिजाइन कठिन होती है। ZVS CrM PFCs जिनकी पावर 500W से अधिक होती है, अक्सर दो फेज इंटरलीविंग का उपयोग करते हैं। दो फेजों के स्विचिंग अवधि को 180 डिग्री से ऑफसेट करके, करंट रिपल एक दूसरे को रद्द कर सकते हैं और कुल करंट रिपल को स्वीकार्य सीमा में कम किया जा सकता है।

SiC और GaN के परिपक्वता और लागत कमी के साथ, रेक्टिफायर डिजाइन में अधिक उन्नत और सरल टॉपोलॉजी का उपयोग किया जा सकता है ताकि 96+% दक्षता प्राप्त की जा सके और उच्च स्विचिंग आवृत्तियों पर काम किया जा सके। निम्नलिखित CCM (सतत चालन मोड) टोटम-पोल PFC है, जो kW के रेक्टिफायर डिजाइन के लिए अच्छी तरह से उपयुक्त है।

IVCT ने 2.5kW टोटम-पोल PFC रेफरेंस डिजाइन का विकास किया है। निम्नलिखित रेफरेंस डिजाइन की तस्वीर और मुख्य परीक्षण डेटा है। (एप्लिकेशन नोट के लिंक)

2.5kW टोटम-पोल PFC रेफरेंस डिजाइन

डीसी/डीसी स्टेज के लिए, हाफ-ब्रिज और पूर्ण-ब्रिज LLC टोपोलॉजी बहुत लोकप्रिय हो रही हैं। उद्योग को प्रधान टोपोलॉजी में परिवर्तन करने के दो मुख्य कारण हैं, जो कि उच्च शक्ति डिज़ाइन में प्रमुख थी, अब LLC टोपोलॉजी में जाता है। पूर्ण भार श्रेणी में प्राथमिक ZVS और चौड़ी भार श्रेणी में द्वितीयक ZCS इस टोपोलॉजी का मुख्य गुण है। द्वितीयक पक्ष पर किसी इंडक्टर की कमी के कारण, 12V या 48V सर्वर / टेलीकॉम आउटपुट को सिंक्रनस रेक्टिफिकेशन सर्किट का उपयोग करना संभव बनाती है और चालन हानि को महत्वपूर्ण रूप से कम करती है। इन फायदों ने LLC कनवर्टर्स को 99%+ दक्षता डिज़ाइन सक्षम बनाया है। LLC कनवर्टर्स के उच्च आउटपुट करंट रिपल के कारण, उच्च विद्युत आउटपुट डिज़ाइन के लिए, आउटपुट वोल्टेज रिपल को कम करने और आउटपुट फिल्टर कैपेसिटर की स्व-गर्मी को कम करने के लिए, अक्सर इंटरलीव्ड LLC संरचना का उपयोग किया जाता है।