A kérelmek

2018-ig a világszertei villamosenergia-kép igény körülbelül 20.000TWh-re nőtt. Az Információs és Kommunikációs Technológia (IKT) iparág 2000TWh-t, vagyis a globális villamosenergiafogyasztás 10%-át fektette ki, amelynek a két fő része a hálózatok (vezetékes és vezeték nélküli) és az adatközpontok voltak. Az adatközpontok egyedül körülbelül 200TWh-t fogyasztanak évente. A gyakran idézett előrejelzések szerint az IKT teljes villamosenergiaigénye gyorsabban fog nőni a 2020-as években, és nagyobb arány kerül majd az adatközpontokra. Az igény növekedését az exponenciálisan növekvő adatmennyiségek és a 5G alkalmazások jógosítják.

A számítási központok az internet „agyi tevékenységei”. A szerepkörük, hogy feldolgozzák, tárolják és kommunikálják az adatokat, amelyek a sokféle információs szolgáltatás háttérében vannak, amelyeken naponta függünk, legyen szó videostreamelésről, e-mail küldésről, közösségi média használatáról, telefonhívásokról vagy tudományos számításokról. A számítási központok különböző ICT-eszközöket használnak ezek a szolgáltatások biztosításához, mind amelyeket elektromossággal fedeznek. A szerverek, a kulcsfontosságú ICT-komponensek, számítási eredményeket és logikát tesznek közzé az információkértésre. A hálózati eszközök, beleértve a vezetékes Ethernet-et és a vezeték nélküli alapállomásokat, kapcsolják össze a számítási központot az internettel és a végfelhasználókkal, lehetővé téve az adatfolyamok bejövő és kijövő irányítását. Az ezek által felhasznált energia végül meleggé alakul, amelyet hűtőeszközökkel kell elszállítani, amelyek is elektromosenergiára futnak. Minden hatékonysági javítás jelentős hatással van nem csak a működési költségekre, hanem a szén-dioxid-nyomvonalra is.

Mielőtt elérnének a végösszetevőket, az összes energia feldolgozásra kerül a frond-end egészítők által. Jelenleg a szerverek és a telekommunikációs energiaszolgáltatások hatékonysága leginkább ezen az egészítő szinten javul. Az egészítők hatékonysága a fő gyártóknál 90%-tól 96%-ig terjed. Bizonyítva lett, hogy elérhető egy 98%-os egészítőhatékonyságú megoldás, de alkalmazása még mindig korlátozott a szélessávú eszközök és vezérlési IC-k elérhetőségének és költségének miatt. A hatékonyságon kívül az egészítő teljesítmény-sűrűsége is kulcsfontosságú tervezési követelmény az adatközpontok számára. Nagyobb egészítő teljesítmény-sűrűség több helyet bocsát majd a szerverkapacitás telepítésére.

A téglalapozók egy pré-regulátoros Teljesítménytényező Gyűjtő (PFC) szakasz és egy elválasztott DC/DC konverterből állnak. A 98%-os téglalapozó hatékonyság eléréséhez mind a PFC, mind a DC/DC 99%-os hatékonysági szinten kell működni. A hagyományos, kb. 97,5%-os csúcs-hatékonyságú PFC már nem alkalmas ilyen tervekhez. A hidrotlan PFC-k váltották ki az új generációú téglalapozótervezetekben. Jelenleg két különböző hidrotlan PFC-topológia van termékekben, ahogy lent látható.

A Double-Boost PFC valójában két boost konverterből áll. Az egyik pozitív AC ciklusokon működik, a másik pedig negatív AC ciklusokon. A hatékonyság javul, mivel a hagyományos PFC-höz képest csökkenti a szemiconductortartalmú eszközök számát 3-ból 2-re a teljesítménymegfogalmazás útvonalán. Ez a topológia egyszerű vezérlést biztosít. A hagyományos PFC vezérlők használhatók néhány kisebb áramkör módosítással. A hátrány az, hogy két boost transzformátorra van szükség, ami növelni fogja a BOM költségeket és befolyásolja a teljesítmény sűrűségének javítását. A egyfázisú CrM (kritikus mód) PFC nagyon korlátozott ( < 500W) teljesítménykezelési képességgel rendelkezik a magas boost transzformátorkimeneti áramerősség ingadozása miatt és az EMI szűrő tervezésének nehézsége miatt. A ZVS CrM PFC-k 500W-nél nagyobb teljesítménnyel gyakran két fázist használnak párhuzamosan. A két fázis kapcsolási periódusának 180 fokkal történő eltolásával az áramerősség ingadozásai kiejthetik egymást, és az összes áramerősség ingadozása csökkenthető elfogadható tartományba.

A SiC és GaN költségcsökkentésével és érettel, a rektifikátor tervezése alkalmazhat olyan haladóbb és egyszerűbb topológiákat, amelyek 96%-os hatékonyságot érnek el, és magasabb kapcsolási gyakoriságon működhetnek. A következő a CCM (Folyamatos Áramlási Mód) totem-póer PFC, amely jól alkalmas kW-os rektifikátorok tervezésére.

Az IVCT kifejlesztette a 2,5 kW-os totem-póer PFC referenciatervezet. A következők a referenciatervezet fényképe és a kulcsfontosságú tesztadatok. (link az Alkalmazási Megjegyzéshez)

2,5 kW Totem-Pole PFC Referenciatervezet

A DC/DC szakaszokhoz, a félhíd és a teljes híd LLC topológiák egyre népszerűbbek. Két fő ok van annak, hogy a ipar áttér a fázis-el tolású teljes híd topológiáról, amely a domináns topológia volt a magas teljesítményű tervezésben, az LLC topológiára. A teljes terhelési tartománybeli elsődleges ZVS (Zero Voltage Switching) és a széles terhelési tartománybeli másodlagos ZCS (Zero Current Switching) ez a topológia fő előnye. Anélkül, hogy induktív elem lenne a másodlagos oldalon, egy 12V vagy 48V kiszolgáló / telekom output lehetővé teszi a szinkron tételkör használatát, és jelentősen csökkenti a vezetékes veszteségeket. Ezek az előnyök lehetővé teszik az LLC konverterek 99%-osnál nagyobb hatékonyságú tervezését. Az LLC konverterek magas kimeneti áram inga miatt a magas áram kimeneti tervek esetén gyakran használnak felcserélhető LLC szerkezetet a kimeneti feszültség inga csökkentéséhez és a kimeneti szűrőkondenzátorok sajátmelegítésének enyhítéséhez.