Aplikasi

Pada tahun 2018, permintaan elektrik global adalah sekitar 20,000TWh. Industri Teknologi Maklumat dan Komunikasi (ICT) menyumbang 2000TWh atau 10% daripada keseluruhan elektrik global, dengan dua bahagian utama adalah rangkaian (tanpa wayar dan berwayar) dan pusat data. Pusat data sahaja mengambil kiraan lebih kurang 200TWh setiap tahun. Ramalan yang sering dirujuk menunjukkan bahawa jumlah permintaan elektrik ICT akan mempercepat pada 2020-an, dan pusat data akan mengambil bahagian yang lebih besar. Percepatan permintaan ini disebabkan oleh pertumbuhan data secara eksponen dan aplikasi 5G.

Pusat data adalah 'otak' kepada internet. Peranan mereka ialah untuk memproses, menyimpan, dan berkomunikasi dengan data di sebalik pelbagai perkhidmatan maklumat yang kita bergantung ke atas setiap hari, sama ada ia menjadi video strim, emel, media sosial, panggilan telefon, atau pengiraan sains. Pusat data menggunakan peranti ICT yang berbeza untuk memberikan perkhidmatan ini, semuanya dikuasai oleh elektrik. Pelayan, komponen ICT utama, memberikan pengiraan dan logik sebagai tindak balas kepada permintaan maklumat. Peranti rangkaian, termasuk stesen asas wayar dan tanpa wayar Ethernet, menghubungkan pusat data kepada internet dan pengguna akhir, membolehkan aliran data masuk dan keluar. Elektrik yang digunakan oleh peranti IT ini pada akhirnya ditukar kepada haba, yang mesti dikeluarkan daripada pusat data oleh peralatan penyejukan yang juga beroperasi dengan elektrik. Setiap titik peningkatan kecekapan kuasa memberi kesan yang signifikan bukan sahaja kepada kos operasi tetapi juga kepada jejak karbon.

Sebelum mencapai komponen akhir, semua kuasa perlu diproses oleh penyegerak di hujung hadapan. Kini, kecekapan sistem kuasa pelayan dan telekom adalah meningkatkan terutamanya pada tahap penyegerak ini. Kecekapan penyegerak penyedia utama berada pada 90% hingga 96%. Penyelesaian kecekapan penyegerak 98% telah dibuktikan boleh dicapai, tetapi aplikasinya masih terhad oleh kewujudan dan kos peranti seloka lebar serta IC kawalan. Selain daripada kecekapan, ketumpatan kuasa penyegerak juga merupakan keperluan reka bentuk utama untuk pusat data. Ketumpatan kuasa penyegerak yang lebih tinggi akan membebaskan ruang yang lebih banyak untuk pemasangan kapasiti pelayan.

Pembaiki terdiri daripada peringkat Pengumpulan Faktor Kuasa (PFC) pra-penyesuai dan pengubahsuaian DC/DC yang terpisah. Untuk mencapai kecekapan pembaiki 98%, kedua-dua PFC dan DC/DC perlu beroperasi pada tahap kecekapan 99%. PFC tradisional dengan kecekapan puncak kira-kira 97.5% tidak lagi sesuai untuk reka bentuk seperti ini. PFC tanpa jambatan menjadi satu-satunya pilihan untuk reka bentuk pembaiki generasi baru. Kini, dua topologi PFC tanpa jambatan yang berbeza, seperti ditunjukkan di bawah, telah digunakan dalam produk.

Double-Boost PFC pada dasarnya terdiri daripada dua peningkat konverter. Satu beroperasi pada kitaran AC positif dan yang lain beroperasi pada kitaran AC negatif. Ia mengurangkan bilangan peranti semikonduktor dalam laluan pemprosesan kuasa kepada 2 dari tradisional PFC yang 3, dan dengan itu kecekapan ditingkatkan. Kelebihan topologi ini adalah kawalan yang mudah. Pengawal PFC tradisional boleh digunakan dengan beberapa pengubahsuaian litar ringkas. Kekurangannya adalah dua induktor peningkat diperlukan, yang akan meningkatkan kos BOM dan mempengaruhi peningkatan ketumpatan kuasa. PFC fasa tunggal CrM (Mod Kritikal) mempunyai kemampuan menangani kuasa yang sangat terhad (< 500W) disebabkan oleh ripples arus induktor peningkat yang tinggi dan kesukaran reka bentuk penapis EMI. ZVS CrM PFC dengan kuasa lebih 500W sering menggunakan dua fasa salingan. Dengan memindahkan tempoh pertukaran dua fasa itu sebanyak 180 darjah, ripples arus boleh membatalkan satu sama lain dan ripple arus keseluruhan boleh dikurangkan kepada julat yang dapat diterima.

Dengan kematangan dan pengurangan kos bagi SiC dan GaN, reka bentuk rectifier boleh mengggunakan topologi yang lebih canggih dan ringkas untuk mencapai kecekapan 96+% dan beroperasi pada frekuensi penyilapan yang lebih tinggi. Berikut adalah CCM (Continuous Conduction Mode) totem-pole PFC, yang sangat sesuai untuk reka bentuk rectifier kWs.

IVCT telah membangunkan rujukan reka bentuk totem-pole PFC 2.5kW. Berikut adalah gambar reka bentuk rujukan dan data ujian utama. (pautan kepada Nota Aplikasi)

rujukan Reka Bentuk Totem-Pole PFC 2.5kW

Untuk peringkat DC/DC, topologi separuh-jambatan dan jambatan penuh LLC menjadi sangat popular. Terdapat dua sebab utama yang menyebabkan peralihan industri dari topologi jambatan penuh bergeser fasa, yang dahulu merupakan topologi dominan dalam reka bentuk kuasa tinggi, kepada topologi LLC. Jangkauan beban penuh ZVS utama dan jangkauan beban luas ZCS sekunder adalah kelebihan utama topologi ini. Tanpa induktor di pihak sekunder, keluaran pelayan / telekom 12V atau 48V membolehkan penggunaan litar pengekalan serentak dan mengurangkan kerugian konduksi secara signifikan. Kelebihan-kelebihan ini membolehkan reka bentuk penapis LLC dengan kecekapan lebih 99%. Disebabkan oleh ripples arus keluaran yang tinggi pada penapis LLC, untuk reka bentuk keluaran arus tinggi, struktur LLC salingan kerap digunakan untuk mengurangkan ripple voltan keluaran dan meredakan pemanasan diri kapasitor penapis keluaran.