Applikasjoner Norge

I 2018 var den globale etterspørselen etter elektrisitet rundt 20,000 2000 TWh. Industrien for informasjons- og kommunikasjonsteknologi (IKT) sto for 10 TWh eller 200 % av global elektrisitet, hvorav to hoveddeler var nettverk (trådløst og kablet) og datasentre. Datasentre alene bruker rundt 2020TWh hvert år. Mye siterte prognoser tyder på at det totale strømbehovet til IKT vil akselerere i 5-årene, og at datasentre vil ta en større del. Etterspørselsakselerasjonen er drevet av eksponentiell datavekst og XNUMXG-applikasjoner.

Datasentre er "hjernen" på internett. Deres rolle er å behandle, lagre og kommunisere dataene bak de utallige informasjonstjenestene vi stoler på hver dag, enten det er strømming av video, e-post, sosiale medier, telefonsamtaler eller vitenskapelig databehandling. Datasentre bruker forskjellige IKT-enheter for å tilby disse tjenestene, som alle drives av elektrisitet. Servere, de viktigste IKT-komponentene, gir beregninger og logikk som svar på informasjonsforespørsler. Nettverksenheter, inkludert kablet Ethernet og trådløse basestasjoner, kobler datasenteret til internett og sluttbrukere, noe som muliggjør innkommende og utgående dataflyter. Elektrisiteten som brukes av disse IT-enhetene blir til slutt omdannet til varme, som må fjernes fra datasenteret ved å kjøle utstyr som også går på strøm. Hvert punkt for forbedring av energieffektiviteten påvirker ikke bare ingen driftskostnader, men også karbonavtrykk.

Før du når endekomponentene, må all strøm behandles av likerettere med bladende. For tiden er effektiviteten til server- og telekraftsystemer for det meste forbedret på dette likeretternivået. Likerettereffektiviteten til ordinære leverandører er 90 % til 96 %. 98 % likerettereffektivitetsløsning har vist seg å være oppnådd, men anvendelsen er fortsatt begrenset av tilgjengeligheten og kostnadene for enheter med brede båndgap og kontroll-ICer. I tillegg til effektivitet er likeretterens strømtetthet også et sentralt designkrav for datasentre. Høyere likeretterkrafttetthet vil frigjøre mer plass for serverkapasitetsinstallasjon.

Likerettere består av et forregulator Power Factor Collection (PFC) trinn og en isolert DC/DC-omformer. For å oppnå 98 % likerettereffektivitet, må både PFC og DC/DC operere på 99 % effektivitetsnivå. Tradisjonell PFC med ca. 97.5 % toppeffektivitet er ikke egnet for slike design lenger. Broløse PFC-er blir det eneste alternativet for den nye generasjonen likeretterdesign. For tiden er to forskjellige broløse PFC-topologier, som vist nedenfor, i produktene.

Double-Boost PFC består i hovedsak av to boost-omformere. Den ene opererer med positive AC-sykluser og den andre opererer med negative AC-sykluser. Det reduserer antallet halvlederenheter i strømbehandlingsveier til 2 fra tradisjonelle PFC-er 3, og som sådan er effektiviteten forbedret. Fordelen med denne topologien er enkel kontroll. Tradisjonelle PFC-kontrollere kan brukes med noen mindre kretsendringer. Ulempen er at to boost-induktorer er nødvendig, noe som vil øke stykklistekostnadene og påvirke effekttettheten. En enfaset CrM (Critical Mode) PFC har en svært begrenset (< 500W) effekthåndteringsevne på grunn av den høye boost-induktorstrømmen og vanskeligheten med EMI-filterdesign. ZVS CrM PFC-er med over 500W kraft bruker ofte tofaseinterleaving. Ved å forskyve de to fasenes koblingsperiode med 180 grader, kan strømbølgene kansellere hverandre og den totale strømrippelen kan reduseres til et akseptabelt område.

Med den modne og kostnadsreduksjonen av SiC og GaN, kan likeretterdesign bruke mer avanserte og enklere topologier for å oppnå 96+% effektivitet og operere ved høyere svitsjefrekvenser. Følgende er CCM (Continuous Conduction Mode) totempol PFC, som er godt egnet for kWs likeretterdesign.

IVCT har utviklet en 2.5 kW totempol PFC-referansedesign. Følgende er referansedesignbildet og nøkkeltestdata. (lenke til søknadsnotat)

2.5 kW Totem-Pole PFC referansedesign

For DC/DC-trinn blir halv-bro og full-bro LLC-topologier veldig populære. Det er to hovedgrunner til å få industrien til å skifte fra den faseskiftede fullbro-topologien, som var en dominerende topologi i høyeffektdesign, til LLC-topologien. Primær ZVS med full lastområde og sekundær ZCS med bredt lastområde er hovedfordelen til denne topologien. Uten induktor på sekundærsiden, gjør en 12V eller 48V server/telekom-utgang det mulig å bruke synkron likeretterkrets og redusere ledningstap betraktelig. Fordelene muliggjør LLC-omformeres 99+% effektivitetsdesign. På grunn av LLC-omformeres høye utgangsstrømrippel, for design med høy strømutgang, brukes interleaved LLC-struktur ofte for å redusere utgangsspenningsrippel og redusere utgangsfilterkondensatorens selvoppvarming.