#電源設計 #氮化鎵GaN #寬能隙半導體 #可編程邏輯閘陣列FPGA #功率因數校正PFC
【GaN 是如何提升電力效率和密度的?】
如何提高電力效率和密度的解決辦法是目前業界的當務之急之一。效率的提升不僅有利於節省電力和冷卻等主要運作成本,還能幫助營運商增加機架密度和可用的運算空間,並以更具成本效益的方式滿足日益增長的需求。氮化鎵 (GaN) 寬能隙裝置的出現成就了新一代的功率轉換設計;這些設計是以前仰賴矽金屬氧化物半導體場效應電晶體 (MOSFET) 所不可能實現的。這些設計使系統能達到前所未有的高功率密度和效率。
基於 GaN 的解決方案可以從交流電源到各個負載點 (POL) 被含納至整個資料中心的電源供應當中。GaN 還實現了諸如高壓直流分配系統的新架構。電力公司需要透過功率因數校正 (PFC) 階段來將電網效率進行最佳化。PFC 的功能如同升壓轉換器,其通常提供 380V 的直流輸出電壓。該電壓需要進一步被降低,以便為系統提供直流匯流排電源。各種拓撲結構在這一階段被採用,但「電感—電感—電容器」(LLC) 和相移全橋通常用於產生 12V 或 48V 的匯流排電壓。
該匯流排電壓通過整個系統佈線,並進行多個轉換步驟,為處理器、可編程邏輯閘陣列 (FPGA)、記憶體和儲存系統之類的各種 POL 供電。基於 GaN 的解決方案從交流電到處理器根本性地改變了整個電力系統的架構和密度。
★PFC:透過圖騰柱拓撲的啟用,像是整合式的 GaN 裝置能將有功功率開關和濾波電感器的數量減少 50%。相較於今天鈦級電源 96% 的效率,開關頻率——連續導通模式 (CCM) 或臨界導電模式 (CRM) 操作,在將整體效率提高到 99% 以上的同時,能顯著減小磁性材料的尺寸。
★LLC:DC/DC 階段利用 GaN 優越的開關特性將諧振轉換器推送到 1 MHz 以上。高頻在提高功率密度和效率的同時,降低了磁性。較小的形狀係數使得新興的高壓配電系統能夠在 380V 至 48V 轉換器的資料中心內得以被使用。
★POL DC/DC:GaN 對這些轉換器有著重大影響。首先,它可從 48V 起進行單步轉換,直接為處理器、記憶體和其他負載供電,在版上配置減少 75% 的同時,從而將在珍貴的印刷電路板 (PCB) 基板面上的零組件數量減少達 50%。其次,使用半橋電流雙拓撲結構使設計人員能夠輕鬆地堆疊功率級,以滿足不同的負載需求,並與負載緊密配合,實現最佳的瞬態效能。
如今,GaN 已不再被視為是一種未來技術。GaN 已開始幫助設計人員實現過去曾遙不可及的目標:設計出更小、開關速度更快、散熱效能更佳的創新電源系統。
延伸閱讀:
《透過 GaN 重新計算密度》
http://compotechasia.com/a/ji___yong/2017/0714/36021.html
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#德州儀器TI #LMG3410 #LMG5200
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穩 壓 器 380v 在 台灣物聯網實驗室 IOT Labs Facebook 的精選貼文
IoT帶動電源新興應用 新世代能源技術百花齊放
2016/07/15-台北訊 更新時間:2016/07/15 13:56
隨著物聯網(IoT)生態圈的逐漸成形,不論是端對端的設備應用,或是端對網的資料運算/數據傳送,各種行動聯網設備、雲端資料主機整合方案正百花齊放。然而,物聯網商機伴隨的是各種網通設備、數據服務工作量出現爆炸性成長,各項元件皆需要電力穩定供應,打造高功率、低能耗、電流穩定的新興電源技術,將在未來能源市場取得關鍵優勢地位。
對此,DIGITIMES於昨(14)日盛大舉辦「2016年電源技術論壇」,邀請國內數家知名電力技術/電源設備大廠齊聚一堂,發表主題從企業電力管理、網通設備電源技術,到無線充電趨勢,一次展現最完整且前瞻的技術饗宴。
企業IT無形中損失龐大電力 節能管理宜即刻展開
儘管台灣電費與全球比較相對低價,但企業用電卻是節節高升,企業用電勢必做好能源管理,才能因應電費無預警增加,因此從「降低系統整體功耗」、「改善電源利用效率」兩方面下手,才能提升企業競爭力。
對此,台灣思科系統大中華區技術服務經理游証硯指出,2011年全球雲端總耗電量高達6,840億度,各企業皆要重視新世代資料中心能源管理議題,從「監控、測量、管理」三大步驟,實現企業IT設備能源佈署的量化管理、分析。施耐德電機則帶來「電力監測、設備維運的解決方案:Powertag」,配電事業部行銷經理陳如芃指出,透過裝載無熔絲斷路器Powertag,在設備故障前做到事前預測,確保系統運轉無礙,有效延長企業設備使用年限。
掌握聯網商機 仰賴電源效率技術
除了企業IT設備的電力管理、監測,其電源的傳送、功耗測試、PoE網通設備電力需求,在物聯網架構亦富含龐大市場商機。Vicor Corporation應用工程師楊有承介紹「新世代高壓直流機櫃式伺服器」的技術新知,說明高壓直流380V HVDC為何逐漸成為電信、數據中心基礎配電設施的新標準,Vicor高壓直流解決方案將解決電力系統總體成本不斷提高的問題。
量測儀器大廠台灣是德科技則專注在「低功耗先進智慧電源管理系統設計與驗證的挑戰」,資深專案經理祁子年談及,如何構建多變供電系統與精準的動態功率分析,包含電源分析、AC/DC供電等技術新知。另外,揚光綠能資深處長郭子壽則提到,隨著物聯網各項設備數量提升,總體電力勢必提升,因此透過PoE網通設備提供電源設計將是未來重要趨勢。
打造無線充電生態圈 短長距離充電並行發展
另一方面隨著智慧型手機、行動裝置普及,無線充電技術將是結合物聯網的重要推手。HTC宏達國際電子資深副理朱峰森以「無線充電產業生態鏈與發展趨勢」為題,說明目前無線充電兩大技術標準WPC與AFA的演進及未來市場發展趨勢。
智慧電源科技進一步介紹「無線充電技術帶來的電源應用」,不僅做到15瓦無線充電加上QC Module,甚至在未來連網穿戴設備,看好防水需求帶動無線充電應用。除了短距離無線充電,長距無線充電技術也是研究端積極切入方向,台大電機系教授毛紹綱現場展示最新物聯網感知器與無線充電技術。DIGITIMES「2016年電源技術論壇」吸引200多位學員到場參加,在座無虛席下圓滿呈現業界最新電源技術與應用趨勢。
附圖:DIGITIMES於昨(14)日盛大舉辦「2016年電源技術論壇」,吸引200多位學員到場參加。
資料來源:http://www.digitimes.com.tw/tw/dt/n/shwnws.asp…
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