Mga aplikasyon

Sa pamamagitan ng 2018, ang global na demand para sa kuryente ay tungkol sa 20,000TWh. Ang industriya ng Impormasyon at Komunikasyon Teknolohiya (ICT) ay sumangguni sa 2000TWh o 10% ng global na kuryente, na may dalawang pangunahing bahagi na mga network (wireless at wired) at Data centers. Ang mga data center lamang ay sumusunod sa halos 200TWh bawat taon. Ang madalas na pinipiling mga paghula ay nagsisipatik na ang kabuuang demand para sa ICT ay magpapabilis sa dekada ng 2020, at na ang mga data center ay kumuha ng mas malaking bahagi. Ang pagpapabilis ng demand ay kinakailan ng eksponensyal na paglago ng datos at mga aplikasyon ng 5G.

Ang mga data center ay ang mga 'utak' ng internet. Ang kanilang papel ay prosesuhin, ilagay sa pampaalala, at ipag-uwi ang mga datos sa likod ng maraming serbisyong pang-impormasyon na kinikita namin araw-araw, mula sa pag-stream ng video, email, sosyal na media, tawag telepono, hanggang sa pang-aaraw-araw na pag-gawa ng agham. Gumagamit ang mga data center ng iba't ibang mga kagamitan ng ICT upang makapagbigay ng mga serbisyo na ito, lahat kung saan ay pinapatakbo ng kuryente. Ang mga server, ang pangunahing bahagi ng ICT, ang nagbibigay ng mga pagkuha at logika bilang tugon sa mga hiling ng impormasyon. Ang mga kagamitan ng network, kabilang ang mga wired Ethernet at wireless base stations, ang naguugnay ng data center sa internet at mga huling gumagamit, pagpapahintulot sa mga pumasok at lumalabas na agwat ng datos. Ang kuryente na ginagamit ng mga ito'y IT na kagamitan ay uulitin sa dulo ay binabago sa init, na kailangan mong alisin mula sa data center sa pamamagitan ng kumukulong na kagamitan na din rin ay tumatakbo sa kuryente. Bawat punto ng patupad na impruwento sa kapangyarihan ay nakakaapekto nang malaki hindi lamang sa operasyonal na gastos kundi pati na rin sa carbon footprints.

Bago maabot ang mga huling komponente, kinakailangang iproseso ang lahat ng kuryente sa pamamagitan ng mga frond-end rectifier. Sa kasalukuyan, ang efisiensiya ng mga sistema ng kuryente para sa server at telecom ay halos pinapabuti sa antas ng rectifier na ito. Ang efisiensiya ng rectifier ng mga pangunahing tagapagtatag ay nasa 90% hanggang 96%. Sinabi na matatamo ang solusyon ng 98% rectifier efficiency, ngunit ang kanyang aplikasyon ay patuloy na limitado dahil sa pagkakaroon at presyo ng mga wide bandgap device at control ICs. Maliban sa efisiensiya, ang kapansin-pansin din ng isang rectifier ay ang power density, na isa ding pangunahing requirement sa disenyo para sa data centers. Mas mataas na power density ng rectifier ay magiging sanhi upang makuha ang mas maraming espasyo para sa pag-install ng mas maraming server capacity.

Binubuo ang mga Rectifiers ng isang pre-regulator na Power Factor Collection (PFC) stage at isang isolated na DC/DC converter. Upang maabot ang 98% na kasiyahan sa pagiging efficient ng rectifier, kinakailangan na mag-operate ang parehong PFC at DC/DC sa antas ng 99% na efficiency. Hindi na angkop ang tradisyonal na PFC na may halos 97.5% na pinakamataas na efficiency para sa gayong disenyo. Ang Bridgeless PFCs ay nagiging ang pangunahing opsyon para sa bagong anyong disenyo ng rectifier. Kasalukuyan ngayon, may dalawang iba't ibang topology ng bridgeless PFC, tulad ng ipinapakita sa ibaba, na naroroon sa mga produkto.

Ang Double-Boost PFC ay halos binubuo ng dalawang boost converter. Isa sa mga ito ay nagtrabaho sa positibong siklo ng AC at ang isa naman sa negatibong siklo ng AC. Ito ay nakakabawas ng bilang ng semiconductor device sa mga landas ng pamamahagi ng kuryente mula sa tradisyonal na 3 PFC hanggang sa 2, at dahil dito ay napapabuti ang efisiensiya. Ang benepisyo ng topologyang ito ay simpleng kontrol. Maaaring gamitin ang tradisyonal na mga PFC controller kasama ang ilang maliit na pagbabago sa circuit. Ang problema ay kinakailangan ng dalawang boost inductor, na magdadagdag sa gastos ng BOM at magpapaliliw sa pag-unlad ng kapansin-pansin ng kapangyarihan. Ang isang single-phase CrM (Critical Mode) PFC ay may napakaliit na kakayahan sa pamamahagi ng kapangyarihan (< 500W) dahil sa mataas na boost inductor current ripple at sa kadakilaan ng disenyo ng EMI filter. Ang ZVS CrM PFCs na higit sa 500W kapangyarihan ay madalas gumagamit ng dalawang fase interleaving. Sa pamamagitan ng pagpapalipat ng dalawang fase switching period ng 180 degrees, maaaring kanselahan ang bawat isa at maiklihin ang kabuuang current ripple sa isang acceptable range.

Sa pamamagitan ng paglulubog at pagbabawas ng gastos ng SiC at GaN, maaaring gumamit ang disenyo ng rectifier ng mas advanced at mas simpleng topolohiya upang maabot ang 96+% na ekasiyensiya at magtrabaho sa mas mataas na switching frequencies. Ang sumusunod ay CCM (Continuous Conduction Mode) totem-pole PFC, na maaaring gamitin para sa disenyo ng rectifier ng kWs.

Ang IVCT ay nagdisenyo ng isang 2.5kW totem-pole PFC reference design. Ang mga sumusunod ay ang larawan ng reference design at mga pangunahing datos ng pagsusuri. (link papunta sa Application Note)

2.5kW Totem-Pole PFC Reference Design

Sa mga etapa ng DC/DC, ang mga topolohiya ng half-bridge at full-bridge LLC ay nanganganib na maging napakapopular. Mayroong dalawang pangunahing sanhi kung bakit umuubod ang industriya mula sa topolohiya ng phase-shifted full bridge, na dominanteng topolohiya sa disenyo ng mataas na kapangyarihan, patungo sa topolohiya ng LLC. Ang buong saklaw ng lohikal na ZVS at ang malawak na saklaw ng sekondaryang ZCS ay ang pangunahing benepisyo ng ganitong topolohiya. Nakuha ang 12V o 48V na output para sa server/telekomunikasyon habang walang inductor sa bahagi ng secondary, na nagiging posible ang paggamit ng synchronous rectification circuit at mabawasan ang conduction loss nang husto. Ang mga benepisyo ay nagpapahintulot sa disenyo ng LLC converter na may 99+% na ekasiyensiya. Dahil sa mataas na current ripple sa output ng LLC converter, para sa mga disenyo ng mataas na current output, madalas gamitin ang estraktura ng interleaved LLC upang bawasan ang output voltage ripple at maalis ang self-heating ng output filter capacitor.