Veri Merkezleri ve Telekomünikasyon Sistemleri için Hibrit Dönüştürücülerle İki Kademeli Güç Dağıtım Mimarisi

Özet

Çalışma, AC dağıtım geriliminden işlemci çekirdek gerilimine giden güç zincirinin dört yerine iki kademeyle yapılıp yapılamayacağını soruyor. Geleneksel zincir çevrimiçi UPS sonrası dört kademe: yüksek gerilimli DC bağa PFC doğrultucu, DC bağdan nominal 48 V baraya, 48 V'tan 12 V'a ve 12 V'tan 0,8-3,3 V çekirdek gerilimlerine. Önerilen mimari bunu 48-60 V bara üreten anahtarlamalı kapasitörlü (SC) adım düşüren PFC doğrultucu ve yaklaşık 1 V üreten GaN çok fazlı hibrit PoL dönüştürücü ile değiştiriyor.

Her iki kademenin prototipleri ayrı ayrı ve birlikte kuruldu ve test edildi. 90-110 VAC'tan 48-60 VDC'ye ilk kademe SC PFC doğrultucu, 0-4,5 A çıkışta %96,1 tepe verim ve 73 W/in³ tepe güç yoğunluğuna ulaştı. İkinci kademe hibrit PoL dönüştürücü, 1 V'ta 0-220 A aralığında %90,7 tepe verim ve 2020 W/in³ tepe güç yoğunluğuna ulaştı. Çok fazlı çok indüktörlü hibrit (MP-MIH) dönüştürücü için daha geniş çıkış gerilimi aralığı sağlayan yeni bir faz sıralaması önerildi ve deneyle doğrulandı.

Uçtan uca, yaklaşık 110 VAC'tan 1 VDC'ye doğrudan dönüşüm 50 A'de %84,1 tepe verime ulaştı ve 160 A'de %73,5'e düştü. Bu, iki kademeli yapının kavram olarak çalıştığını gösteriyor ama verim değerleri üretim sınıfı çok kademeli zincirlerin gerisinde kalabilir.

Sınırlar: çalışma dönüştürücü düzeyinde bir donanım makalesi, yüksek akımda verim düşüyor ve giriş 90-110 VAC gibi düşük bir gerilim aralığı; veri merkezi tesisi ölçeğinde kullanım, ısıl yönetim ve güvenilirlik değerlendirilmemiş. Tesis tasarımı açısından ilgisi, 48 V rafdan çipe zincirin verimi ve daha az kademe argümanıdır.

Öne çıkan noktalar

1. Geleneksel raf zinciri çevrimiçi UPS sonrası dört kademe: yüksek gerilimli DC bağa PFC doğrultucu, DC bağdan nominal 48 V'a, 48 V'tan 12 V'a ve 12 V'tan 0,8-3,3 V çekirdek gerilimlerine.
2. İlk kademe SC PFC doğrultucu (90-110 VAC'tan 48-60 VDC'ye) 0-4,5 A çıkışta %96,1 tepe verim ve 73 W/in³ tepe güç yoğunluğuna ulaştı.
3. İkinci kademe hibrit PoL dönüştürücü 1 V'ta 0-220 A aralığında %90,7 tepe verim ve 2020 W/in³ tepe güç yoğunluğuna ulaştı.
4. Uçtan uca yaklaşık 110 VAC'tan 1 VDC'ye doğrudan dönüşüm 50 A'de %84,1 tepe verime ulaştı, 160 A'de %73,5'e düştü.
5. Genişletilmiş çıkış gerilimi aralığı için yeni bir faz sıralaması önerildi ve deneyle doğrulandı.

Tasarımda kullanımı

• Raf güç zinciri verim hesabında kademe sayısını ve her kademenin verimini ayrı girdi yapın; kademe azaltmanın kazancını yük noktalarına göre (düşük ve yüksek akım) gösterin.
• Yüksek akımda verim düşüşünü (160 A'de %73,5) raf ısı yükü hesabında dikkate alın; tepe verimi tipik işletme verimi gibi kullanmayın.
• Bu tür iki kademeli mimarileri prototip olgunluğunda bir seçenek olarak etiketleyin ve üretim sınıfı çözümlerle aynı olgunluk düzeyinde kıyaslamayın.

Kimler okumalı

Raf içi güç dönüşümü ve 48 V zincirinde kademe sayısı ile verimi değerlendiren güç elektroniği mühendisleri.

Belgenin bölümleri

1. 1. Giriş
2. 2. Adım düşüren PFC dönüştürücü (2.1 Topoloji ve çalışma, 2.2 Kapasitör dengelemesi için değiştirilmiş çalışma, 2.5 Kontrol ve algılama devreleri)
3. 3. Çok fazlı, çok indüktörlü hibrit dönüştürücü
4. 4. Deneysel sonuçlar (4.1 Adım düşüren PFC dönüştürücü, 4.2 MP-MIH dönüştürücü, 4.3 Tam sistem doğrulaması)
5. 5. Sonuçlar

Belgeyi okuyun

Yayın bilgileri

Yazarlar

Ratul Das; Hanh-Phuc Le

Yayıncı

Electronics (MDPI AG)

Yıl

2025

Cilt

14

Sayı

16

Sayfalar

3169

Belge dili

İngilizce

Kaynak türü

Bilimsel yayın

Erişim

Açık lisans — indirilebilir

DOI

10.3390/electronics14163169

Lisans

CC BY 4.0 — atıf vererek paylaşabilirsiniz

Lisans kanıtı

www.mdpi.com

Künye