Aplikasi Indonesia

Pada tahun 2018, permintaan listrik global berjumlah sekitar 20,000TWh. Industri Teknologi Informasi dan Komunikasi (TIK) menyumbang 2000TWh atau 10% listrik global, dua bagian utamanya adalah jaringan (nirkabel dan kabel) dan pusat data. Pusat data saja mengonsumsi sekitar 200TWh setiap tahunnya. Perkiraan yang banyak dikutip menunjukkan bahwa total permintaan listrik dari TIK akan meningkat pada tahun 2020an, dan pusat data akan mengambil porsi yang lebih besar. Percepatan permintaan didorong oleh pertumbuhan data eksponensial dan aplikasi 5G.

Pusat data adalah “otak” internet. Peran mereka adalah memproses, menyimpan, dan mengkomunikasikan data di balik berbagai layanan informasi yang kita andalkan setiap hari, baik itu streaming video, email, media sosial, panggilan telepon, atau komputasi ilmiah. Pusat data menggunakan berbagai perangkat TIK untuk menyediakan layanan ini, yang semuanya ditenagai oleh listrik. Server, komponen utama TIK, menyediakan komputasi dan logika sebagai respons terhadap permintaan informasi. Perangkat jaringan, termasuk Ethernet berkabel dan stasiun pangkalan nirkabel, menghubungkan pusat data ke internet dan pengguna akhir, sehingga memungkinkan aliran data masuk dan keluar. Listrik yang digunakan oleh perangkat TI ini pada akhirnya diubah menjadi panas, yang harus dikeluarkan dari pusat data dengan peralatan pendingin yang juga menggunakan listrik. Setiap titik peningkatan efisiensi daya berdampak signifikan, tidak hanya pada hilangnya biaya operasional namun juga pada jejak karbon.

Sebelum mencapai komponen akhir, semua daya perlu diproses oleh penyearah ujung depan. Saat ini, efisiensi sistem tenaga server dan telekomunikasi sebagian besar ditingkatkan pada tingkat penyearah ini. Efisiensi penyearah vendor utama adalah 90% hingga 96%. Solusi efisiensi penyearah 98% telah terbukti tercapai, namun penerapannya masih dibatasi oleh ketersediaan dan biaya perangkat pita lebar dan IC kontrol. Selain efisiensi, kepadatan daya penyearah juga merupakan persyaratan desain utama untuk pusat data. Kepadatan daya penyearah yang lebih tinggi akan mengosongkan lebih banyak ruang untuk instalasi kapasitas server.

Penyearah terdiri dari tahap Pengumpulan Faktor Daya (PFC) pra-regulator dan konverter DC/DC terisolasi. Untuk mencapai efisiensi penyearah 98%, PFC dan DC/DC harus beroperasi pada tingkat efisiensi 99%. PFC tradisional dengan efisiensi puncak sekitar 97.5% tidak lagi cocok untuk desain seperti itu. PFC tanpa jembatan menjadi satu-satunya pilihan untuk desain penyearah generasi baru. Saat ini dua topologi PFC tanpa jembatan yang berbeda, seperti yang ditunjukkan di bawah, ada dalam produk.

Double-Boost PFC pada dasarnya terdiri dari dua konverter boost. Satu beroperasi pada siklus AC positif dan yang lainnya beroperasi pada siklus AC negatif. Hal ini mengurangi jumlah perangkat semikonduktor di jalur pemrosesan daya menjadi 2 dari PFC tradisional yang berjumlah 3, dan dengan demikian efisiensinya ditingkatkan. Kelebihan topologi ini adalah pengendaliannya yang sederhana. Pengontrol PFC tradisional dapat digunakan dengan sedikit modifikasi sirkuit. Kekurangannya adalah diperlukan dua induktor penguat, yang akan meningkatkan biaya BOM dan berdampak pada peningkatan kepadatan daya. PFC CrM (Mode Kritis) fase tunggal memiliki kemampuan penanganan daya yang sangat terbatas (<500W) karena tingginya riak arus induktor dan kesulitan desain filter EMI. PFC ZVS CrM dengan daya lebih dari 500W sering kali menggunakan interleaving dua fase. Dengan mengimbangi periode peralihan dua fasa sebesar 180 derajat, riak arus dapat membatalkan satu sama lain dan total riak arus dapat dikurangi hingga kisaran yang dapat diterima.

Dengan SiC dan GaN yang matang dan hemat biaya, desain penyearah dapat menggunakan topologi yang lebih canggih dan sederhana untuk mencapai efisiensi 96+% dan beroperasi pada frekuensi switching yang lebih tinggi. Berikut ini adalah PFC tiang totem CCM (Continuous Conduction Mode), yang sangat cocok untuk desain penyearah kWs.

IVCT telah mengembangkan desain referensi PFC tiang totem 2.5kW. Berikut ini adalah foto desain referensi dan data uji utama. (tautan ke Catatan Aplikasi)

Desain Referensi PFC Tiang Totem 2.5kW

Untuk tahapan DC/DC, topologi LLC setengah jembatan dan jembatan penuh menjadi sangat populer. Ada dua alasan utama yang membuat industri beralih dari topologi jembatan penuh fase-bergeser, yang merupakan topologi dominan dalam desain daya tinggi, ke topologi LLC. ZVS primer dengan rentang beban penuh dan ZCS sekunder dengan rentang beban lebar adalah keunggulan utama topologi ini. Tanpa induktor di sisi sekunder, output server/telekomunikasi 12V atau 48V memungkinkan penggunaan rangkaian penyearah sinkron dan mengurangi kehilangan konduksi secara signifikan. Keuntungannya memungkinkan desain efisiensi 99+% dari konverter LLC. Karena riak arus keluaran konverter LLC yang tinggi, untuk desain keluaran arus tinggi, struktur LLC yang disisipkan sering digunakan untuk mengurangi riak tegangan keluaran dan mengurangi pemanasan mandiri kapasitor filter keluaran.