Primene

До 2018. године, глобална потражња за електричном енергијом износила је око 20.000 ТВт-час. Индустрија информационих и комуникационих технологија (ИКТ) је износила 2000 ТВтц или 10% глобалне електричне енергије, од којих су два главна дела била мреже (бежична и жична) и дата центри. Сами центри за обраду података троше око 200 TWh сваке године. Широко цитиране прогнозе указују на то да ће се укупна потражња за електричном енергијом ИКТ-а убрзати у 2020-им годинама, а да ће центри за обраду података узети већи део. Убрзање потражње је подстакнуто експоненцијалним порастом података и 5Г апликацијама.

Центри података су "мозгови" интернета. Њихова улога је да обрађују, чувају и преносе податке који стоје иза безбројних информационих услуга на које се свакодневно ослањамо, било да је то стриминг видео, е-пошта, друштвене медије, телефонски позиви или научна рачунарства. Дата центри користе различите ИКТ уређаје за пружање ових услуга, од којих су сви напајани електричном енергијом. Сервери, кључне ИКТ компоненте, пружају рачунања и логику у одговору на захтеве за информацијама. Мрежни уређаји, укључујући жичане Етернет и бежичне базне станице, повезују дата центар са Интернетом и крајњим корисницима, омогућавајући улазне и излазне проток података. Електрична енергија коју користе ови ИТ уређаји на крају се претвара у топлоту, која се мора уклонити из дата центра хлађењем опреме која такође ради на електричној енергији. Свака тачка побољшања енергетске ефикасности значајно утиче не само на трошкове рада већ и на угљеничне отпечатке.

Pre nego što se dostigne krajnji elementi, sva energija mora biti obrađena preko pravougaonih prijemnika na početku lanca. Trenutno, efikasnost energetske opreme za servere i telekomunikacije se uglavnom poboljšava na nivou ovih pravougaonih prijemnika. Efikasnost pravougaonih prijemnika glavnih proizvođača je između 90% i 96%. Rešenje sa efikasnošću pravougaonog prijemnika od 98% je dokazano da je dostići moguće, ali njegova primena je još uvijek ograničena raspoloživostju i cenom širokog spektra uređaja i kontrolnih IC-eva. Pored efikasnosti, snaga pravougaonog prijemnika je takođe ključni dizajnerski zahtev za centrale podataka. Veća snaga pravougaonog prijemnika oslobađa više prostora za instalaciju kapaciteta servera.

Pravilivači se sastoje od pre-regulatora sa etapom zbiranja faktora snage (PFC) i izolovanog DC/DC konvertera. Da bi se postigla učinkovitost pravilivača od 98%, i PFC i DC/DC moraju da rade na nivou učinkovitosti od 99%. Trandicioni PFC sa vrhunskom učinkovitošću oko 97,5% više nije prikladan za takve dizajne. Mostački PFC-ovi bez mosta postaju jedina opcija za dizajn novog pokolenja pravilivača. Trenutno postoje dve različite topologije mostačkog PFC-a bez mosta, kao što je prikazano u nastavku, koje su u proizvodima.

Double-Boost PFC se uglavnom sastoji od dva boost konvertera. Jedan radi u pozitivnim AC ciklusima, a drugi u negativnim AC ciklusima. On smanjuje broj poluprovodničkih uredjaja u putanjama obrade snage na 2, umesto tradicionalnih 3 kod PFC-a, što poboljšava efikasnost. Prednost ove topologije jeste jednostavan upravljanje. Tradicionalni PFC kontroleri mogu biti korišćeni sa malim izmenama u šemi. Nedostatak jeste da je potrebno dva boost induktora, što bi povećalo troškove materijala (BOM) i uticalo na poboljšanje snage. Jednofazni CrM (Critical Mode) PFC ima vrlo ograničenu sposobnost rukovanja snagom ( < 500W) zbog velikog prigušenja struje induktora i težine dizajna EMI filtra. ZVS CrM PFC sa preko 500W snage često koristi dvostruko faziranje. Pomakom različitih faza za 180 stepeni, prigušenja struje mogu se ponistiti međusobno i ukupno prigušenje struje može biti smanjeno na prihvatljiv nivo.

Sa zrelosti i smanjenjem cena SiC i GaN, dizajn pravougaonika može koristiti naprednije i jednostavnije topologije da bi postigao učinkovitost preko 96% i radio na višim frekvencijama preključivanja. Sledeće je CCM (Continuous Conduction Mode) totem-pole PFC, što je vrlo pogodno za dizajn pravougaonika u kW opsegu.

IVCT je razvila referentni dizajn od 2.5kW totem-pole PFC. Sledeće su fotografija referentnog dizajna i ključni podaci iz testiranja. (link ka Aplikacionom Bilješci)

referentni dizajn 2.5kW Totem-Pole PFC

Za DC/DC konvertore, topologije polovinog mosta i punog mosta LLC postaju sve popularnije. Postoji dva glavna razloga zbog kojih se industrija pomakla sa topologije punog mosta sa faziškom kompensacijom, koja je bila dominantna u dizajnu visemoćnih uređaja, na topologiju LLC. Puni raspon opterećenja sa primarnim ZVS (Zero Voltage Switching) i širok raspon sekundarnog ZCS (Zero Current Switching) predstavlja glavnu prednost ove topologije. Bez induktor-a na sekundarnoj strani, 12V ili 48V izlazni napon poslužitelja / telekomunikacionih uređaja omogućava korišćenje sinhronizovanog praviliva i značajno smanjuje gubitke pri provedi. Prednosti omogućavaju LLC konverterima da dostignu efikasnost dizajna preko 99%. Izuzetno velika izlazna trenutna pulsaacija kod LLC konvertera uzrokuje da se za dizajne sa visokim izlaznim strujama često koristi preklapanje LLC strukture kako bi se smanjila izlazna naponska pulsaacija i umanjila samogrejanje kondenzatora izlaznog filtera.