应用领域

APPLICATIONS

服务器和通信电源

来源:瞻芯电子 发布时间:2020/09/12点击数:1846

到2018年,全球电力需求约为20,000TWh。信息和通信技术(ICT)行业占2000TWh或10%,其中两个主要部分是网络(无线和有线)和数据中心。仅数据中心每年就消耗约200TWh。广泛引用的预测表明,ICT的总电力需求将在2020年加速,而数据中心将占据更大的份额。指数级增长的数据处理和5G应用加速了对电力的需求。


数据中心是互联网的“大脑”。它的角色是处理、存储和交换我们每天依赖的无数信息服务背后的数据,无论是流媒体视频、电子邮件、社交媒体、电话还是云计算。数据中心利用不同的ICT设备来提供这些服务,所有这些服务都是由电力驱动的。服务器是关键的ICT组件,提供计算和逻辑来响应信息请求。网络设备,包括有线以太网和无线基站,将数据中心连接到互联网和终端用户,实现输入和输出数据流。这些IT设备使用的电能最终转化为热能,这些热能必须通过同样使用电力的冷却设备从数据中心中抽走。每一点的能效提升不仅对运行成本有显著影响,而且对碳排放也有显著影响。


在电能到达终端元件之前,所有的功率都需要经过前端整流器的处理。目前,服务器和通讯系统的效率提高大多是在整流器级进行的。主流厂商的整流器效率为90%到96%。整流效率可达98%,但其应用仍受到宽禁带器件和控制电路的可用性和成本的限制。除了效率,整流器的功率密度也是数据中心设计的一个关键要求。更高的整流功率密度将释放更多的空间安装服务器。


整流器由调节功率因数级(PFC)和隔离的DC/DC变换器组成。为了达到98%的整流效率,PFC和DC/DC都需要运行在99%的效率水平。 传统的峰值效率约为97.5%的PFC已经不适合这种设计。无桥PFCs成为新一代整流器设计的唯一选择。目前产品中有两种不同的无桥PFCs拓扑,如下所示。

         

1.PNG

Dual-Boost 无桥 PFC                                      ZVS  CRM  交错图腾柱PFC


双路升压式功率因数校正本质上是由两个升压转换器组成的。一个工作在交流正周期和另一个工作在交流负周期。它将功率处理路径上的半导体器件数量从传统的3个减少到2个,从而提高了效率。这种拓扑的优点是控制简单。传统的PFC控制器稍微调整就可以应用在这个拓扑中。缺点是需要两个升压电感,这会增加BOM成本和影响功率密度的提升。由于升压电感电流纹波高和EMI滤波器设计的困难,单相CRM(临界电流模式)PFC的功率处理能力非常有限(< 500W)。功率超过500W的ZVS CRM PFC拓扑通常采用两相交错。通过将两相的开关周期错位180度,电流纹波可以相互抵消,总的纹波可以减小到可接受的范围。

随着碳化硅和氮化镓的成熟和成本的降低,整流器设计可以采用更优越和更简单的拓扑,以实现96% +的整机效率和工作在更高的开关频率。以下是CCM(连续电流模式)的图腾柱 PFC,很适合千瓦级的整流设计。

                                       

2.PNG

CCM 图腾柱 PFC


IVCT开发了2.5kW图腾柱PFC参考设计。以下是参考设计照片和关键测试数据。(IVCT-REF00001)


                     3.PNG

2.5kW 图腾柱 PFC 参考设计

       

4.PNG


2.5kW 图腾柱 PFC 参考设计效率                             图腾柱 PFC 电流和电压波形


对于DC/DC级,半桥和全桥LLC拓扑用得很普遍。有两个主要原因使工业介从移相全桥拓扑转到LLC拓扑。LLC拓扑的主要优点是可以实现满负荷范围原边ZVS和宽负荷范围副边ZCS。副边不需要电感,12V或48V服务器/电信输出,可采用同步整流电路,极大地降低导通损耗。这些优点使得LLC更合适于99%以上效率的变换器设计。由于LLC变换器输出电流纹波大,在大电流输出设计中,常采用交错LLC结构来降低输出电压纹波,减轻输出滤波电容的自热。

上一篇:暂无
下一篇:暂无