додатків Україна

До 2018 року світовий попит на електроенергію становив близько 20,000 2000 ТВт-год. На галузь інформаційно-комунікаційних технологій (ІКТ) припадає 10 ТВт-год або 200% світової електроенергії, дві основні частини якої становлять мережі (бездротові та дротові) і центри обробки даних. Лише центри обробки даних споживають близько 2020 ТВт-год щороку. Широко цитовані прогнози свідчать про те, що загальний попит на електроенергію для ІКТ прискориться у 5-х роках, а центри обробки даних займуть більшу частку. Прискорення попиту зумовлене експоненціальним зростанням даних і додатками XNUMXG.

Центри обробки даних – це «мозок» Інтернету. Їх роль полягає в обробці, зберіганні та передачі даних, що стоять за безліччю інформаційних послуг, на які ми покладаємося щодня, будь то потокове відео, електронна пошта, соціальні мережі, телефонні дзвінки чи наукові обчислення. Центри обробки даних використовують різні ІКТ-пристрої для надання цих послуг, усі з яких живляться від електрики. Сервери, ключові компоненти ІКТ, забезпечують обчислення та логіку у відповідь на запити інформації. Мережеві пристрої, включаючи дротовий Ethernet і бездротові базові станції, підключають центр обробки даних до Інтернету та кінцевих користувачів, забезпечуючи вхідні та вихідні потоки даних. Електроенергія, яка використовується цими ІТ-пристроями, зрештою перетворюється на тепло, яке має відводитися від центру обробки даних за допомогою охолоджувального обладнання, яке також працює на електриці. Кожна точка підвищення енергоефективності суттєво впливає не тільки на відсутність експлуатаційних витрат, але й на вуглецевий слід.

Перш ніж досягти кінцевих компонентів, уся потужність повинна бути оброблена фронтальними випрямлячами. В даний час ефективність серверних і телекомунікаційних систем живлення в основному покращується на цьому рівні випрямляча. Ефективність випрямляча основних виробників становить від 90% до 96%. Доведено, що ефективність випрямляча досягає 98%, але його застосування все ще обмежене доступністю та вартістю широкозонних пристроїв і керуючих мікросхем. Окрім ефективності, питома потужність випрямляча також є ключовою вимогою до дизайну центрів обробки даних. Більша щільність потужності випрямляча звільнить більше місця для встановлення потужності сервера.

Випрямлячі складаються з каскаду попереднього регулювання коефіцієнта потужності (PFC) та ізольованого перетворювача DC/DC. Щоб досягти 98% ККД випрямляча, PFC і DC/DC повинні працювати на рівні 99% ефективності. Традиційний PFC з приблизно 97.5% пікової ефективності більше не підходить для таких конструкцій. Безмостові ККМ стають єдиним варіантом конструкції випрямляча нового покоління. Наразі в продуктах є дві різні безмостові топології PFC, як показано нижче.

Double-Boost PFC по суті складається з двох підвищувальних перетворювачів. Один працює при позитивних циклах змінного струму, а інший працює при негативних циклах змінного струму. Це зменшує кількість напівпровідникових пристроїв у шляхах обробки живлення до 2 із традиційних PFC 3, і таким чином ефективність покращується. Перевагою такої топології є просте керування. Традиційні контролери PFC можна використовувати з незначною модифікацією схеми. Недоліком є ​​те, що потрібні дві котушки індуктивності підвищення, що збільшить вартість BOM і вплине на покращення щільності потужності. Однофазний CrM (критичний режим) PFC має дуже обмежену (< 500 Вт) здатність до керування потужністю через високу пульсацію струму на індукторі підвищення та складність конструкції фільтра EMI. ZVS CrM PFC з потужністю понад 500 Вт часто використовують двофазне чергування. Зсуваючи період перемикання двох фаз на 180 градусів, пульсації струму можуть компенсувати одна одну, а загальну пульсацію струму можна зменшити до прийнятного діапазону.

Завдяки зрілому та зниженому витратам на SiC та GaN конструкція випрямляча може використовувати більш вдосконалені та прості топології для досягнення 96+% ефективності та роботи на вищих частотах комутації. Нижче наведено CCM (Режим безперервної провідності) тотемний полюс PFC, який добре підходить для конструкції випрямляча кВт.

IVCT розробив еталонну конструкцію PFC на тотемному стовпі потужністю 2.5 кВт. Нижче наведено фото еталонного дизайну та ключові дані тестування. (посилання на примітку до програми)

Еталонна конструкція PFC Totem-Pole потужністю 2.5 кВт

Для каскадів DC/DC напівмостові та повномістові топології LLC стають дуже популярними. Є дві основні причини для того, щоб змусити галузь перейти від топології повного мосту зі зсувом по фазі, яка була домінуючою топологією в проектуванні високої потужності, до топології LLC. Головною перевагою цієї топології є первинний ZVS із повним діапазоном навантаження та вторинний ZCS із широким діапазоном навантаження. Без індуктора на стороні вторинної обмотки вихід 12 В або 48 В для сервера/телекомунікацій дає змогу використовувати схему синхронного випрямлення та значно зменшити втрати провідності. Переваги дозволяють перетворювачам LLC використовувати ефективність 99+%. Через високу пульсацію вихідного струму перетворювачів LLC, для конструкцій вихідного сигналу з високим струмом, структура LLC з перемежуванням часто використовується для зменшення пульсацій вихідної напруги та пом’якшення самонагрівання конденсатора вихідного фільтра.