Paraiškos

Iki 2018 m., visuotinė elektros energijos paklausa siekė apie 20 000 TWh. Informacijos ir ryšių technologijų (IRT) pramonė atsakinga už 2000 TWh arba 10 % visuotinės elektros energijos, kurios pagrindinis dalis yra tinklai (bevirčiai ir virškiniai) ir duomenų centrai. Viename metais duomenų centrai vieni suvartoja apie 200 TWh. Platiai cituojami prognozės rodo, kad IRT bendroji elektros energijos paklausa akceleruos pirmojo dešimtmečio 2020-aisiais, o duomenų centrai užima didesnę dalį. Ši paklausos akceleracija sukeliama dėl eksponentinio duomenų augimo ir 5G programų.

Duomenų centrai yra interneto „galvos“. Jų vaidmuo – apdoroti, saugoti ir komunikuoti duomenis, esančius už daugybės informacinio charaktero paslaugų, kurias kasdien naudojame, ar tai būtų vaizdo srautai, el. paštas, socialinės tinklalapių aplinkos, skambučiai ar mokslinis skaičiavimas. Duomenų centrai naudoja įvairius ICT įrenginius, kad teiktų šias paslaugas, o visi jie yra energijos varomi. Serverys, pagrindiniai ICT komponentai, atlieka skaičiavimus ir logiką atsakydami į informacijos užklausas. Tinklo įrenginiai, įskaitant drabužinį Ethernet ir bevirčių bazinius stotis, jungia duomenų centrą su internetu ir galutiniais vartotojais, leidžiant duomenims srauti į priekį ir atgal. Elektra, naudojama šioms IT technologijoms, galiausiai pavertama šilumą, kurį reikia išimti iš duomenų centro naudojant šaldymo įrangą, taip pat varomą elektros energija. Kiekviena stiprumo taupymo taško tobulinimo svarba jautriai poveikia ne tik operacijų išlaidoms, bet ir anglies pėdsakui.

Prieš pasiekiant galinius elementus, visą jėgą reikia apdoroti naudojant priekinės dalies tiesininkus. Šiuo metu serverių ir telekomunikacijų jėgos sistemų efektyvumas pagrindžiai pagerinamas šio tiesininko lygmenyje. Pagrindinių tiekėjų tiesininkų efektyvumas yra nuo 90% iki 96%. Buvo įrodyta, kad galima pasiekti 98% tiesininko efektyvumą, tačiau jo pritaikymas vis dar ribojamas dėl plačios juostos pavidalinio disponibilumo ir kainų, bei valdymo IC. Kartu su efektyvumu, tiesininko jėgos tankis taip pat yra svarbus dizaino reikalavimas duomenų centrui. Didesnis tiesininko jėgos tankis užteis daugiau vietos serverių talpybos diegimui.

Rektifikatoriai sudaryti iš anksčiau veikiančio jėgos faktoriaus derinimo (PFC) etapo ir izoliuoto DC/DC konverterio. Norint pasiekti 98% rektifikatoriaus efektyvumą, PFC ir DC/DC turi veikti su 99% efektyvumo lygiu. Tradiciniai PFC su apie 97,5% viršutiniu efektyvumu daugiau netinkami tokiems dizainams. Tilpo nepriklausančios PFC yra vienintelis pasirinkimas naujos kartos rektifikatorių dizainui. Šiuo metu produktuose yra naudojamos du skirtingos tilpo nepriklausančios PFC topologijos, kaip parodyta žemiau.

Double-Boost PFC esminioje sudėtyje sudarytas iš dviejų boost konverterių. Vienas veikia teigiamuose AC cikluose, o kitas – neigiamuose AC cikluose. Jis sumažina semikonductorinių prietaisų skaičių galinėse apdorojimo keliuose iki 2 iš tradicinių PFC 3, ir dėl to pagerėja efektyvumas. Šios topologijos pranašumas yra paprastas valdymas. Galima naudoti tradicinius PFC valdytojus su mažomis schemos modifikacijomis. Trūkumas yra tas, kad reikalingi du boost induktorius, kas padidins BOM išlaidas ir paveiks jėgos tankio gerinimą. Vienfazinis CrM (kritinis režimas) PFC turi labai ribotą ( < 500W) jėgos apdorojimo gebėjimą dėl aukštos boost induktoriumi srovės svyravimų ir sunkiai EMI filtrais projektuojamumo. ZVS CrM PFC su daugiau nei 500W jėga dažnai naudoja dvi fazas jungtinis režimas. Skiriant dviejų fazių perjungimo periodą 180 laipsnių, srovės svyravimai gali panaikinti vienas kitą, o bendras srovės svyravimas gali būti sumažintas iki priimtinio intervalo.

Su išsisklaidusiu ir kainų mažinimu SiC ir GaN technologijose, lygiuotojo dizainas gali naudoti modernesnius ir paprastesnius topologijų tipus, siekiant 96+% efektyvumo bei dirbant aukštesniuose perjungimo dažniuose. Toliau pateikiamas CCM (Continuous Conduction Mode) totemo stygas PFC, kuris puikiai tinka kilovatams skirtam lygiuotojo dizainui.

IVCT sukūrė 2,5 kW totemo stygo PFC nuorodinių sprendimų dizainą. Toliau pateikiamos nuorodinių sprendimų nuotraukos ir pagrindiniai testavimo duomenys. (nuoroda į taikomosios technikos pastabas)

2,5 kW Totem-Pole PFC Nuorodinis Dizainas

Dėl DC/DC etapų, pusės tiltro ir pilno tiltro LLC topologijos tampa labai populiarios. Yra du pagrindiniai priežastys, kodėl pramonė kinta nuo fazinio poslinkio pilno tiltro topologijos, kuria buvo dominuojanti aukštos jėgos dizainui, į LLC topologiją. Pilnas apkrovos intervalas su pagrindiniu ZVS ir plačias apkrovos sąlygas turintis antrinis ZCS yra šios topologijos pagrindinė pranašumas. Be inductorius ant antrinio krašto, 12V arba 48V serverio / telekomunikacijų išvestis leidžia naudoti sinchroninį atkūrimo aparatą ir esminiu būdu sumažinti kondukcijos nuostolius. Pranašumai leidžia sukurti LLC konvertorių su efektyvumu virš 99+. Dėl LLC konvertorių aukšto išvesties srovės pulso, aukštoms srovėms išvesties projektavimui dažnai naudojama susikirtančių LLC struktūra, kad sumažintų išvesties voltinių pulso dydį ir sumažintų išvesties filtravimo kondensatoriaus savęs šilumą.