अनुप्रयोगों भारत

2018 तक, वैश्विक बिजली की मांग लगभग 20,000TWh थी। सूचना और संचार प्रौद्योगिकी (ICT) उद्योग में 2000TWh या वैश्विक बिजली का 10% हिस्सा था, जिसके दो मुख्य हिस्से नेटवर्क (वायरलेस और वायर्ड) और डेटा सेंटर थे। अकेले डेटा सेंटर हर साल लगभग 200TWh की खपत करते हैं। व्यापक रूप से उद्धृत पूर्वानुमान बताते हैं कि 2020 के दशक में ICT की कुल बिजली की मांग में तेजी आएगी, और डेटा सेंटर इसका बड़ा हिस्सा लेंगे। मांग में तेजी डेटा वृद्धि और 5G अनुप्रयोगों द्वारा संचालित है।

डेटा सेंटर इंटरनेट के "दिमाग" हैं। उनकी भूमिका असंख्य सूचना सेवाओं के पीछे डेटा को संसाधित करना, संग्रहीत करना और संचारित करना है, जिन पर हम हर दिन भरोसा करते हैं, चाहे वह स्ट्रीमिंग वीडियो, ईमेल, सोशल मीडिया, फ़ोन कॉल या वैज्ञानिक कंप्यूटिंग हो। डेटा सेंटर इन सेवाओं को प्रदान करने के लिए विभिन्न ICT उपकरणों का उपयोग करते हैं, जो सभी बिजली से संचालित होते हैं। सर्वर, प्रमुख ICT घटक, सूचना अनुरोधों के जवाब में संगणना और तर्क प्रदान करते हैं। वायर्ड ईथरनेट और वायरलेस बेस स्टेशनों सहित नेटवर्क डिवाइस, डेटा सेंटर को इंटरनेट और अंतिम उपयोगकर्ताओं से जोड़ते हैं, जिससे आने और जाने वाले डेटा प्रवाह को सक्षम किया जाता है। इन आईटी उपकरणों द्वारा उपयोग की जाने वाली बिजली अंततः गर्मी में परिवर्तित हो जाती है, जिसे बिजली से चलने वाले शीतलन उपकरण द्वारा डेटा सेंटर से हटाया जाना चाहिए। बिजली दक्षता में सुधार का हर बिंदु न केवल संचालन लागत को कम करता है बल्कि कार्बन फुटप्रिंट पर भी महत्वपूर्ण रूप से प्रभाव डालता है।

अंतिम घटकों तक पहुँचने से पहले, सभी बिजली को फ्रंट-एंड रेक्टिफायर द्वारा संसाधित किया जाना चाहिए। वर्तमान में, सर्वर और दूरसंचार बिजली प्रणालियों की दक्षता में इस रेक्टिफायर स्तर पर सबसे अधिक सुधार हुआ है। मुख्यधारा के विक्रेताओं की रेक्टिफायर दक्षता 90% से 96% है। 98% रेक्टिफायर दक्षता समाधान प्राप्त करना सिद्ध हो चुका है, लेकिन इसका अनुप्रयोग अभी भी व्यापक बैंडगैप उपकरणों और नियंत्रण आईसी की उपलब्धता और लागत से सीमित है। दक्षता के अलावा, रेक्टिफायर की शक्ति घनत्व भी डेटा केंद्रों के लिए एक प्रमुख डिजाइन आवश्यकता है। उच्च रेक्टिफायर पावर घनत्व सर्वर क्षमता स्थापना के लिए अधिक स्थान खाली कर देगा।

रेक्टिफायर में एक प्री-रेगुलेटर पावर फैक्टर कलेक्शन (PFC) स्टेज और एक आइसोलेटेड DC/DC कन्वर्टर होता है। 98% रेक्टिफायर दक्षता प्राप्त करने के लिए, PFC और DC/DC दोनों को 99% दक्षता स्तर पर काम करना होगा। लगभग 97.5% पीक दक्षता वाले पारंपरिक PFC अब ऐसे डिज़ाइन के लिए उपयुक्त नहीं हैं। ब्रिजलेस PFC नई पीढ़ी के रेक्टिफायर डिज़ाइन के लिए एकमात्र विकल्प बन गए हैं। वर्तमान में दो अलग-अलग ब्रिजलेस PFC टोपोलॉजी, जैसा कि नीचे दिखाया गया है, उत्पादों में हैं।

डबल-बूस्ट PFC में मुख्य रूप से दो बूस्ट कन्वर्टर होते हैं। एक पॉजिटिव AC साइकल पर काम करता है और दूसरा नेगेटिव AC साइकल पर काम करता है। यह पावर प्रोसेसिंग पथों में सेमीकंडक्टर डिवाइस की संख्या को पारंपरिक PFC के 2 से घटाकर 3 कर देता है और इस तरह दक्षता में सुधार होता है। इस टोपोलॉजी का लाभ सरल नियंत्रण है। पारंपरिक PFC नियंत्रकों का उपयोग कुछ मामूली सर्किट संशोधन के साथ किया जा सकता है। इसका नुकसान यह है कि दो बूस्ट इंडक्टर की आवश्यकता होती है, जिससे BOM लागत बढ़ेगी और पावर घनत्व सुधार प्रभावित होगा। एकल-चरण CrM (क्रिटिकल मोड) PFC में उच्च बूस्ट इंडक्टर करंट रिपल और EMI फ़िल्टर डिज़ाइन की कठिनाई के कारण बहुत सीमित (<500W) पावर हैंडलिंग क्षमता होती है। 500W से अधिक पावर वाले ZVS CrM PFC अक्सर दो चरणों का उपयोग करते हैं। दो चरणों की स्विचिंग अवधि को 180 डिग्री से ऑफसेट करके, करंट रिपल एक दूसरे को रद्द कर सकते हैं और कुल करंट रिपल को एक स्वीकार्य सीमा तक कम किया जा सकता है।

SiC और GaN की परिपक्वता और लागत में कमी के साथ, रेक्टिफायर डिज़ाइन 96+% दक्षता प्राप्त करने और उच्च स्विचिंग आवृत्तियों पर काम करने के लिए अधिक उन्नत और सरल टोपोलॉजी को नियोजित कर सकता है। निम्नलिखित CCM (निरंतर चालन मोड) टोटेम-पोल PFC है, जो kWs के रेक्टिफायर डिज़ाइन के लिए उपयुक्त है।

IVCT ने 2.5kW टोटेम-पोल PFC संदर्भ डिजाइन विकसित किया है। निम्नलिखित संदर्भ डिजाइन फोटो और मुख्य परीक्षण डेटा हैं। (एप्लिकेशन नोट के लिए लिंक)

2.5kW टोटेम-पोल PFC संदर्भ डिजाइन

डीसी/डीसी चरणों के लिए, हाफ-ब्रिज और फुल-ब्रिज एलएलसी टोपोलॉजी बहुत लोकप्रिय हो रहे हैं। उद्योग को चरण-शिफ्टेड फुल ब्रिज टोपोलॉजी से एलएलसी टोपोलॉजी में स्थानांतरित करने के दो मुख्य कारण हैं, जो उच्च शक्ति डिजाइन में एक प्रमुख टोपोलॉजी थी। फुल लोड रेंज प्राइमरी ZVS और वाइड लोड रेंज सेकेंडरी ZCS इस टोपोलॉजी की मुख्य खूबी है। सेकेंडरी साइड पर कोई इंडक्टर न होने के कारण, 12V या 48V सर्वर/टेलीकॉम आउटपुट सिंक्रोनस रेक्टिफिकेशन सर्किट का उपयोग करना संभव बनाता है और चालन हानि को काफी हद तक कम करता है। ये फायदे एलएलसी कन्वर्टर्स की 99+% दक्षता डिजाइन को सक्षम करते हैं। एलएलसी कन्वर्टर्स के उच्च आउटपुट करंट रिपल के कारण, उच्च करंट आउटपुट डिज़ाइनों के लिए, आउटपुट वोल्टेज रिपल को कम करने और आउटपुट फ़िल्टर कैपेसिटर सेल्फ-हीटिंग को कम करने के लिए अक्सर इंटरलीव्ड एलएलसी संरचना का उपयोग किया जाता है।