Contribuições em conversores abaixadores CC-CC onboard para data centers em hiperescala

Abstract

Esta dissertação propõe uma solução para um conversor abaixador CC-CC, projetado para converter uma tensão de 48 V para 1 V em aplicações em data centers. Inicialmente, conduz-se uma revisão bibliográoca abrangente das arquiteturas dos sistemas de alimentação comumente utilizados em data centers, assim como das topologias disponíveis na literatura para o estágio CC-CC abaixador em point-of-load, com o objetivo de selecionar a solução a ser desenvolvida. Após a escolha da topologia, é apresentada uma análise detalhada de cada estágio proposto. O primeiro estágio é destacado como uma variação de uma topologia a capacitor chaveado, operando com características multiressonantes para converter de 48 V para 8 V. O segundo estágio consiste na topologia conhecida na literatura como o series capacitor buck) em interleaving, visando distribuir esforços de corrente em baixa tensão para alcançar os níveis desejados de eociência, com este segundo estágio a fim de converter de 8 V para 1 V. A conexão entre os estágios é apresentada de maneira a possibilitar o funcionamento em cascata. O primeiro estágio foi validado experimentalmente e o segundo via simulação. O trabalho aborda os desafios da implementação dos conversores e algumas alternativas em termos de topologias.

Abstract: This dissertation proposes a solution for a DC-DC buck converter, designed to convert a 48 V voltage to 1 V in data center applications. Initially, a comprehensive literature reviewis conducted on power system architectures commonly used in data centers, as well as onthe topologies available in the literature for the point-of-load buck DC-DC stage, withthe aim of selecting the solution to be developed. After choosing the topology, a detailed analysis of each proposed stage is presented. The orst stage is highlighted as a variation ofa switched-capacitor topology, operating with multi-resonant characteristics to convertfrom 48 V to 8 V. The second stage consists of the topology known in the literature as theseries capacitor buck in interleaving, aiming to distribute current efforts at low voltage toachieve the desired efficiency levels, with this second stage converting from 8 V to 1 V.The connection between the stages is presented in a way that enables cascading operation.The orst stage was experimentally validated, and the second via simulation. The workaddresses the challenges of mplementing the converters and some alternatives in terms oftopologies.