Prijave

Do 2018., globalna potražnja za električnom energijom iznosila je oko 20.000TWh. Informacijsko-komunikacijska industrija (ICT) odgovarala je za 2000TWh ili 10% globalne potrošnje električne energije, pri čemu su dvije glavne dijelove bile mreže (bezžične i žične) i podatkovni centri. Sami podatkovni centri potroše oko 200TWh godišnje. Široko citirane prognoze sugeriraju da će ukupna potražnja za električnom energijom u ICT-u ubrzati u 2020-ima, a podatkovni centri će imati veći udio. Ubrzanje potražnje uzrokovano je eksponencijalnim rastom podataka i 5G aplikacijama.

Centri podataka su "mozgovi" interneta. Njihova uloga je obraditi, pohraniti i komunicirati podatke iza mnogobrojnih informacijskih usluga na koje se svakodnevno oslanjamo, bilo da je riječ o streamingu videa, e-pošti, društvenim medijima, telefonskim razgovorima ili znanstvenom računalu. Centri podataka koriste različite ICT uređaje za pružanje ovih usluga, sva od kojih su napojena na strujno žičje. Serveri, ključni ICT komponenti, pružaju izračune i logiku u odgovoru na zahtjeve za informacijama. Mrežni uređaji, uključujući fiksne Ethernet veze i bežične bazne stanice, spajaju centar podataka s internetom i krajnjim korisnicima, omogućujući dolazne i odlazne tokove podataka. Struja koju ovi IT uređaji koriste konvertira se u toplinu, koja mora biti uklonjena iz centra podataka hlađenjem opremom koja također radi na struji. Svaki postupak poboljšanja u učinkovitosti snage utječe značajno ne samo na operacijske troškove, nego i na ugljikov otisak.

Prije nego što se dostigne krajnji elementi, sva energija mora biti obradjena preko pravougaonih prijemnika na početku lanca. Trenutno, učinkovitost poslužiteljskih i telekomunikacijskih energetske sustave najviše se poboljšava na razini ovih pravougaonih prijemnika. Učinkovitost pravougaonih prijemnika glavnih proizvođača je između 90% i 96%. Rezultat od 98% učinkovitosti pravougaonog prijemnika je dokazan, ali njegova primjena još uvijek ograničena raspoloživostju i cijenom širokog spektra uređaja i upravljačkih IC-eva. Pored učinkovitosti, snaga pravougaonog prijemnika također je ključni dizajnerski zahtjev za podatkovne centre. Veća snaga pravougaonog prijemnika oslobađa više prostora za instalaciju kapaciteta poslužitelja.

Pravilici se sastoje od prethodnog regulatora s faktorom snage (PFC) i izoliranog pretvarača DC/DC. Da bi se postigla učinkovitost pravilica od 98%, oba PFC i DC/DC moraju raditi na razini učinkovitosti od 99%. Trandicioni PFC s vrhunskom učinkovitostišću od oko 97,5% više nije prikladan za takva rješenja. Bez-mostastim PFC-ima postaje jedina opcija za dizajn novih generacija pravilica. Trenutno postoje dvije različite topologije bez-mostastih PFC-a, kao što je prikazano u nastavku, koje su u proizvodima.

Double-Boost PFC se sastoji iz dva boost konvertora. Jedan radi tijekom pozitivnih AC ciklusa, a drugi tijekom negativnih AC ciklusa. Smanjuje se broj poluprovodničkih uređaja u putanjama obrade snage na 2, od tradicionalnih 3 u PFC-u, čime se poboljšava učinkovitost. Prednost ove topologije je jednostavna upravljanja. Traidicijonalni PFC kontroleri mogu se koristiti s nekim manjim promjenama u šemi. Nedostatak je što su potrebni dva boost induktor, što bi povećalo troškove BOM-a i utjecalo na poboljšanje snage. Jednofazni CrM (Critical Mode) PFC ima vrlo ograničenu sposobnost obrade snage (<500W) zbog velike riple strujanja boost induktora i težine dizajna EMI filtra. ZVS CrM PFC-ovi s preko 500W snage često koriste dvofaznu međusobnu radnju. Pomakivanjem razdoblja prebacivanja dviju faza za 180 stupnjeva, ripple strujanja se mogu ponistiti međusobno, a ukupna ripple struja se može smanjiti na prihvatljivi raspon.

S uzrelije i smanjenjem cijene SiC i GaN, dizajn pravougaonika može upotrijebiti naprednije i jednostavnije topologije kako bi postigao učinkovitost od 96+% i radio na višim frekvencijama preključivanja. Sljedeće je CCM (Continuous Conduction Mode) totem-pole PFC, što je vrlo prikladno za dizajn pravougaonika u kW rasponu.

IVCT je razvio referentni dizajn od 2.5kW totem-pole PFC. Sljedeće su fotografija referentnog dizajna i ključni podaci iz testiranja. (link ka Primjeru upotrebe)

Referentni dizajn 2.5kW Totem-Pole PFC

Za DC/DC stupnjeve, topologije polupostola i potpune mostove LLC postaju vrlo popularne. Postoje dvije glavne uzroke za prijelaz industrije s topologije fazi pomaknutog punog mosta, koja je bila dominantna u dizajnu visokog snaga, na topologiju LLC. Glavni predmet ove topologije jest primarni ZVS (Zero Voltage Switching) i sekundarni ZCS (Zero Current Switching) kroz cijeli raspon opterećenja. Bez induktor na sekundarnoj strani, 12V ili 48V izlaz za poslužitelje / telekomunikacije omogućuje upotrebu synchroniziranog pravca krivulje i značajno smanjuje provodnu gubitke. Prednosti omogućuju LLC pretvornicama dizajn sa učinkovitostišćom preko 99%. Zbog velikih oscilacija izlaznog strujanja LLC pretvornika, za dizajne s visokim izlaznim strujama, često se koristi međuspremna LLC struktura kako bi se smanjila oscilacija izlaznog napona i umanjila samogrijanje kondenzatora izlaznog filtera.