Programos

Iki 2018 m. pasaulinis elektros poreikis buvo apie 20,000 2000 TWh. Informacinių ir ryšių technologijų (IRT) pramonė sudarė 10 TWh arba 200 % visos pasaulinės elektros energijos, iš kurios dvi pagrindinės dalys buvo tinklai (belaidžiai ir laidiniai) ir duomenų centrai. Vien duomenų centrai kasmet sunaudoja apie 2020 TWh. Plačiai cituojamos prognozės rodo, kad bendras IRT elektros energijos poreikis 5 m. padidės, o duomenų centrai užims didesnį gabalą. Paklausos spartėjimą skatina eksponentinis duomenų augimas ir XNUMXG programos.

Duomenų centrai yra interneto „smegenys“. Jų vaidmuo yra apdoroti, saugoti ir perduoti duomenis, susijusius su daugybe informacinių paslaugų, kuriomis pasitikime kiekvieną dieną, nesvarbu, ar tai būtų srautinis vaizdo įrašas, el. paštas, socialinė žiniasklaida, telefono skambučiai ar moksliniai skaičiavimai. Duomenų centrai šioms paslaugoms teikti naudoja skirtingus IRT įrenginius, kurie visi yra maitinami elektra. Serveriai, pagrindiniai IRT komponentai, teikia skaičiavimus ir logiką atsakydami į informacijos užklausas. Tinklo įrenginiai, įskaitant laidinį eternetą ir belaides bazines stotis, jungia duomenų centrą prie interneto ir galutinių vartotojų, įgalindami įeinančių ir išeinančių duomenų srautus. Šių IT įrenginių naudojama elektros energija galiausiai paverčiama šiluma, kurią iš duomenų centro turi pašalinti aušinimo įranga, kuri taip pat veikia elektra. Kiekvienas energijos vartojimo efektyvumo didinimo taškas daro didelę įtaką ne tik eksploatavimo sąnaudoms, bet ir anglies pėdsakams.

Prieš pasiekiant galutinius komponentus, visa galia turi būti apdorota priekiniais lygintuvais. Šiuo metu serverių ir telekomunikacijų maitinimo sistemų efektyvumas yra labiausiai pagerintas šiame lygintuvo lygyje. Pagrindinių tiekėjų lygintuvo efektyvumas yra nuo 90% iki 96%. Įrodyta, kad buvo pasiektas 98% lygintuvo efektyvumo sprendimas, tačiau jo taikymą vis dar riboja plataus dažnio prietaisų ir valdymo IC prieinamumas ir kaina. Be efektyvumo, lygintuvo galios tankis taip pat yra pagrindinis duomenų centrų projektavimo reikalavimas. Didesnis lygintuvo galios tankis atlaisvintų daugiau vietos serverio talpos diegimui.

Lygintuvai susideda iš išankstinio reguliatoriaus galios faktoriaus surinkimo (PFC) pakopos ir izoliuoto DC/DC keitiklio. Norint pasiekti 98 % lygintuvo efektyvumą, tiek PFC, tiek DC/DC turi veikti 99 % efektyvumo lygiu. Tradicinis PFC, kurio didžiausias efektyvumas yra apie 97.5 %, tokiems konstrukcijoms nebetinka. Be tiltų PFC tampa vienintele naujos kartos lygintuvo dizaino galimybe. Šiuo metu gaminiuose yra dvi skirtingos be tiltelių PFC topologijos, kaip parodyta toliau.

„Double-Boost PFC“ iš esmės susideda iš dviejų padidinimo keitiklių. Vienas veikia teigiamais kintamosios srovės ciklais, o kitas - neigiamais kintamosios srovės ciklais. Tai sumažina puslaidininkinių įrenginių skaičių galios apdorojimo keliuose iki 2, palyginti su tradiciniais PFC 3, todėl pagerėja efektyvumas. Šios topologijos pranašumas yra paprastas valdymas. Tradiciniai PFC valdikliai gali būti naudojami su nedideliais grandinės pakeitimais. Trūkumas yra tas, kad reikalingi du stiprinimo induktoriai, kurie padidintų MK kainą ir pagerintų galios tankį. Vienfazis CrM (kritinis režimas) PFC turi labai ribotą (< 500 W) galios valdymo galimybę dėl didelio induktoriaus srovės bangavimo ir EMI filtro konstrukcijos sudėtingumo. ZVS CrM PFC, kurių galia viršija 500 W, dažnai naudoja dviejų fazių sujungimą. Atskirdami dviejų fazių perjungimo laikotarpį 180 laipsnių, srovės bangavimas gali panaikinti vienas kitą, o bendras srovės pulsavimas gali būti sumažintas iki priimtino diapazono.

Subrendus ir sumažinus SiC ir GaN sąnaudas, lygintuvo konstrukcija gali naudoti pažangesnes ir paprastesnes topologijas, kad būtų pasiektas 96+% efektyvumas ir veiktų didesniais perjungimo dažniais. Toliau pateikiamas CCM (Continuous Conduction Mode) totempolio PFC, kuris puikiai tinka kWs lygintuvo konstrukcijai.

IVCT sukūrė 2.5 kW totemo poliaus PFC etaloninį dizainą. Toliau pateikiamos pamatinės konstrukcijos nuotraukos ir pagrindiniai bandymo duomenys. (nuoroda į paraiškos pastabą)

2.5 kW Totem-Pole PFC etaloninis dizainas

DC/DC pakopoms labai populiarėja pusiau tilto ir viso tilto LLC topologijos. Yra dvi pagrindinės priežastys, kodėl pramonė pereina nuo fazinio poslinkio pilno tilto topologijos, kuri buvo dominuojanti didelės galios projektavimo topologija, prie LLC topologijos. Pagrindinis šios topologijos privalumas yra viso apkrovos diapazono pirminis ZVS ir plataus apkrovos diapazono antrinis ZCS. Be induktoriaus antrinėje pusėje, 12 V arba 48 V serverio / telekomunikacijų išvestis leidžia naudoti sinchroninę ištaisymo grandinę ir žymiai sumažinti laidumo nuostolius. Privalumai leidžia LLC keitiklių 99+% efektyvumo konstrukciją. Dėl didelės LLC keitiklių išėjimo srovės pulsacijos, didelės srovės išėjimo konstrukcijoms, LLC struktūra dažnai naudojama siekiant sumažinti išėjimo įtampos pulsaciją ir sušvelninti išėjimo filtro kondensatoriaus savaiminį įkaitimą.