aplikasyon

Noong 2018, humigit-kumulang 20,000TWh ang pangangailangan sa kuryente sa buong mundo. Ang industriya ng Information and Communication Technology (ICT) ay umabot sa 2000TWh o 10% ng pandaigdigang kuryente, dalawang pangunahing bahagi nito ay mga network (wireless at wired) at Data center. Ang mga data center lamang ay kumokonsumo ng humigit-kumulang 200TWh bawat taon. Iminumungkahi ng malawak na binanggit na mga pagtataya na ang kabuuang pangangailangan sa kuryente ng ICT ay bibilis sa 2020s, at ang mga data center ay kukuha ng mas malaking bahagi. Ang pagbilis ng demand ay hinihimok ng exponential data grows at 5G applications.

Ang mga data center ay ang "utak" ng internet. Ang kanilang tungkulin ay iproseso, iimbak, at ipaalam ang data sa likod ng napakaraming serbisyo ng impormasyon na aming pinagkakatiwalaan araw-araw, ito man ay streaming na video, email, social media, mga tawag sa telepono, o siyentipikong pag-compute. Gumagamit ang mga data center ng iba't ibang ICT device para ibigay ang mga serbisyong ito, na lahat ay pinapagana ng kuryente. Ang mga server, ang pangunahing bahagi ng ICT, ay nagbibigay ng mga pagkalkula at lohika bilang tugon sa mga kahilingan sa impormasyon. Ang mga network device, kabilang ang wired Ethernet at wireless na mga base station, ay kumokonekta sa data center sa internet at mga end user, na nagbibigay-daan sa mga papasok at papalabas na daloy ng data. Ang kuryenteng ginagamit ng mga IT device na ito ay tuluyang na-convert sa init, na dapat alisin sa data center sa pamamagitan ng cooling equipment na tumatakbo din sa kuryente. Ang bawat punto ng pagpapabuti ng kahusayan ng kuryente ay may malaking epekto hindi lamang sa walang gastos sa pagpapatakbo kundi sa mga carbon footprint din.

Bago maabot ang mga bahagi ng dulo, ang lahat ng kapangyarihan ay kailangang iproseso ng mga frond-end rectifier. Sa kasalukuyan, ang kahusayan ng mga sistema ng kapangyarihan ng server at telecom ay kadalasang napabuti sa antas ng rectifier na ito. Ang kahusayan ng rectifier ng mga pangunahing vendor ay 90% hanggang 96%. Ang 98% na solusyon sa kahusayan ng rectifier ay napatunayang nakakamit, ngunit ang aplikasyon nito ay limitado pa rin sa pamamagitan ng pagkakaroon at gastos ng malawak na bandgape device at mga control IC. Bukod sa kahusayan, ang densidad ng kapangyarihan ng rectifier ay isa ring pangunahing kinakailangan sa disenyo para sa mga data center. Ang mas mataas na rectifier power density ay magpapalaya ng mas maraming espasyo para sa pag-install ng kapasidad ng server.

Ang mga rectifier ay binubuo ng isang pre-regulator Power Factor Collection (PFC) stage at isang nakahiwalay na DC/DC converter. Upang makamit ang 98% na kahusayan sa rectifier, ang parehong PFC at DC/DC ay kailangang gumana sa 99% na antas ng kahusayan. Ang tradisyonal na PFC na may humigit-kumulang 97.5% na peak efficiency ay hindi na angkop para sa mga ganitong disenyo. Ang mga Bridgeless PFC ay naging tanging opsyon para sa bagong henerasyong disenyo ng rectifier. Sa kasalukuyan, dalawang magkaibang bridgeless na mga PFC na topologies, tulad ng ipinapakita sa ibaba, ay nasa mga produkto.

Ang Double-Boost PFC ay mahalagang binubuo ng dalawang boost converter. Ang isa ay gumagana sa mga positibong AC cycle at ang isa ay nagpapatakbo sa negatibong AC cycle. Binabawasan nito ang numero ng aparatong semiconductor sa mga landas sa pagpoproseso ng kuryente sa 2 mula sa tradisyonal na PFC's 3, at dahil dito ang kahusayan ay napabuti. Ang bentahe ng topology na ito ay simpleng kontrol. Maaaring gamitin ang mga tradisyunal na controller ng PFC sa ilang maliit na pagbabago sa circuit. Ang disbentaha ay ang dalawang boost inductors ay kailangan, na magpapataas ng BOM cost at makakaapekto sa power density improvement. Ang single-phase CrM ( Critical Mode) PFC ay may napakalimitadong ( < 500W) power handling capability dahil sa mataas na boost inductor current ripple at kahirapan ng EMI filter na disenyo. Ang mga ZVS CrM PFC na may higit sa 500W power ay kadalasang gumagamit ng dalawang phase na interleaving. Sa pamamagitan ng pag-offset ng panahon ng paglipat ng dalawang phase ng 180 degrees, maaaring kanselahin ng kasalukuyang mga ripple ang isa't isa at ang kabuuang kasalukuyang ripple ay maaaring mabawasan sa isang katanggap-tanggap na saklaw.

Sa mature at cost reduction ng SiC at GaN, ang disenyo ng rectifier ay maaaring gumamit ng mas advanced at mas simpleng mga topology para makamit ang 96+% na kahusayan at gumana sa mas mataas na switching frequency. Ang sumusunod ay CCM (Continuous Conduction Mode) totem-pole PFC, na angkop para sa disenyo ng rectifier ng kWs.

Ang IVCT ay nakabuo ng 2.5kW totem-pole PFC na disenyo ng sanggunian. Ang mga sumusunod ay ang reference na larawan ng disenyo at pangunahing data ng pagsubok. ( link sa Application Note)

2.5kW Totem-Pole PFC Reference Design

Para sa mga yugto ng DC/DC, ang mga topology ng half-bridge at full-bridge LLC ay nagiging napakasikat. Mayroong dalawang pangunahing dahilan upang gumawa ng paglipat ng industriya mula sa phase-shifted full bridge topology, na isang nangingibabaw na topology sa high power na disenyo, patungo sa LLC topology. Full load range primary ZVS at wide load range secondary ZCS ang pangunahing merito ng topology na ito. Nang walang inductor sa pangalawang bahagi, ginagawang posible ng 12V o 48V server / telecom output na gumamit ng synchronous rectification circuit at makabuluhang bawasan ang pagkawala ng conduction. Ang mga bentahe ay nagbibigay-daan sa 99+% na disenyo ng kahusayan ng LLC converters. Dahil sa mataas na output ng kasalukuyang ripple ng mga converter ng LLC, para sa mataas na kasalukuyang mga disenyo ng output, ang interleaved na istraktura ng LLC ay kadalasang ginagamit upang bawasan ang output boltahe ripple at pagaanin ang output filter capacitor self-heating.