Aplicatii România

Până în 2018, cererea globală de energie electrică era de aproximativ 20,000 TWh. Industria tehnologiei informației și comunicațiilor (TIC) a reprezentat 2000 TWh sau 10% din electricitatea globală, dintre care două părți principale au fost rețele (fără fir și cu fir) și centre de date. Numai centrele de date consumă aproximativ 200 TWh în fiecare an. Prognozele citate pe scară largă sugerează că cererea totală de energie electrică a TIC se va accelera în anii 2020 și că centrele de date vor lua o parte mai mare. Accelerarea cererii este determinată de creșterea exponențială a datelor și de aplicațiile 5G.

Centrele de date sunt „creierele” internetului. Rolul lor este de a procesa, stoca și comunica datele din spatele nenumăratelor servicii de informații pe care ne bazăm în fiecare zi, fie că este vorba de streaming video, e-mail, social media, apeluri telefonice sau calcul științific. Centrele de date utilizează diferite dispozitive TIC pentru a furniza aceste servicii, toate fiind alimentate cu energie electrică. Serverele, componentele cheie ale TIC, oferă calcule și logică ca răspuns la solicitările de informații. Dispozitivele de rețea, inclusiv stațiile de bază cu fir Ethernet și fără fir, conectează centrul de date la internet și utilizatorii finali, permițând fluxurile de date de intrare și de ieșire. Electricitatea utilizată de aceste dispozitive IT este convertită în cele din urmă în căldură, care trebuie eliminată din centrul de date prin echipamente de răcire care funcționează și cu energie electrică. Fiecare punct de îmbunătățire a eficienței energetice are un impact semnificativ nu doar asupra costurilor de operare, ci și asupra amprentei de carbon.

Înainte de a ajunge la componentele finale, toată puterea trebuie procesată de redresoare de capăt. În prezent, eficiența sistemelor de alimentare cu servere și telecomunicații este în mare parte îmbunătățită la acest nivel de redresor. Eficiența redresorului vânzătorilor principali este de 90% până la 96%. S-a dovedit a fi atinsă o soluție de eficiență a redresorului de 98%, dar aplicarea sa este încă limitată de disponibilitatea și costul dispozitivelor cu bandgape largă și circuitelor integrate de control. Pe lângă eficiență, densitatea de putere a redresorului este, de asemenea, o cerință cheie de proiectare pentru centrele de date. O densitate mai mare a puterii redresorului ar elibera mai mult spațiu pentru instalarea capacității serverului.

Redresoarele constau dintr-o etapă de colectare a factorului de putere (PFC) pre-regulator și un convertor DC/DC izolat. Pentru a obține o eficiență de redresor de 98%, atât PFC, cât și DC/DC trebuie să funcționeze la un nivel de eficiență de 99%. PFC tradițional cu o eficiență maximă de aproximativ 97.5% nu mai este potrivit pentru astfel de modele. PFC-urile fără punte devin singura opțiune pentru designul redresorului de nouă generație. În prezent, două topologii diferite PFC fără punte, așa cum se arată mai jos, sunt în produse.

Double-Boost PFC este compus în esență din două convertoare de impuls. Unul funcționează la cicluri AC pozitive, iar celălalt funcționează la cicluri AC negative. Reduce numărul de dispozitive semiconductoare în căile de procesare a puterii la 2 de la PFC-urile tradiționale 3 și, ca atare, eficiența este îmbunătățită. Avantajul acestei topologii este controlul simplu. Controlerele tradiționale PFC pot fi utilizate cu unele modificări minore ale circuitului. Dezavantajul este că sunt necesare două boost inductoare, ceea ce ar crește costul BOM și ar avea impact asupra îmbunătățirii densității puterii. Un PFC monofazat CrM (mod critic) are o capacitate de gestionare a puterii foarte limitată (< 500 W), datorită ondulației de curent a inductorului de creștere mare și dificultății de proiectare a filtrului EMI. PFC-urile ZVS CrM cu o putere de peste 500 W folosesc adesea intercalarea în două faze. Prin compensarea perioadei de comutare a celor două faze cu 180 de grade, ondulațiile de curent se pot anula reciproc, iar ondulația curentă totală poate fi redusă la un interval acceptabil.

Odată cu reducerea matură și a costurilor de SiC și GaN, proiectarea redresorului poate folosi topologii mai avansate și mai simple pentru a obține o eficiență de 96+% și pentru a funcționa la frecvențe de comutare mai mari. Următorul este CCM (Continuous Conduction Mode) totem-pole PFC, care este bine potrivit pentru proiectarea redresorului kWs.

IVCT a dezvoltat un design de referință PFC totem-pole de 2.5 kW. Următoarele sunt fotografia designului de referință și datele cheie ale testului. (link către nota de aplicare)

2.5kW Totem-Pole PFC Design de referință

Pentru etapele DC/DC, topologiile LLC cu semi-bridge și full-bridge devin foarte populare. Există două motive principale pentru a face schimbarea industriei de la topologia cu punte completă defazată, care era o topologie dominantă în proiectarea de mare putere, la topologia LLC. ZVS primar cu gamă completă de sarcină și ZCS secundar cu gamă largă de sarcină este principalul merit al acestei topologii. Fără inductor pe partea secundară, o ieșire de server / telecomunicații de 12 V sau 48 V face posibilă utilizarea circuitului de rectificare sincron și reducerea semnificativă a pierderilor de conducție. Avantajele permit proiectarea convertoarelor LLC cu o eficiență de 99+%. Datorită ondulației de curent de ieșire ridicată a convertoarelor LLC, pentru modelele de ieșire cu curent ridicat, structura LLC intercalată este adesea folosită pentru a reduce ondulația tensiunii de ieșire și pentru a atenua autoîncălzirea condensatorului filtrului de ieșire.