Análisis diseño y control de convertidores DC-DC funcionando como transformadores DC para estructuras de potencia en data centers (2023)
Debido a la alta demanda de servicios web y almacenamiento en la nube, es necesario el diseño de ‘Data Centers’ con mayor cantidad de Racks, los cuales alojan servidores y discos duros; en base al crecimiento exponencial de ‘Data Centers’ se estimó que para el año 2030 representaran el consumo del 51% de la energía generada a nivel global. Por ello es necesario elaborar fuentes de suministro de energía con alta eficiencia. Se propone en este trabajo de grado, la implementación de dos tecnologías de convertidores que tienen como característica principal la alta eficiencia, se trata del convertidor DCx y el convertidor PPC. Estos serán utilizados para reducir 12 V al voltaje de la carga, que en este caso está representada por discos duros y servidores, cuyos voltajes de funcionamiento son 1.8 V. El convertidor DCx está compuesto de un generador de onda cuadrada, una red resonante, un transformador y su respectiva rectificación, por ende, no es necesario la elaboración de un sistema de control para este convertidor. Caso contrario se presenta con el convertidor PPC, el cual modifica el voltaje a la salida dependiendo el ancho de pulso de los dispositivos conmutadores; por ello, es necesario realizar control sobre dicha variable para poder obtener la salida requerida. Para el sistema de control, se elaboran 3 técnicas, una básica (control en frecuencia), una avanzada (control LMI) y otra por medio de algoritmos de optimización (PSO). Se realiza el diseño y se procede a simular cada uno de los controladores con el fin de identificar aquel con mejores prestaciones. La estructura del convertidor general está definida por el convertidor PPC y en serie se encuentra conectado el convertidor DCx; en donde el convertidor PPC realiza la reducción de tensión de 12 V a 7.2V y el DCx acota la tensión a 1.8V. Se implementa el convertidor general con cada uno de los controladores mencionados, se realizan simulaciones con perturbaciones y valores de componentes semejantes a la realidad para identificar el correcto funcionamiento del sistema y obtener el controlador que ofrece mejores resultados. Finalmente, se presenta una versión inicial de una PCB para llevar a cabo su implementación física. No es una versión definitiva, ya que ciertos componentes es necesario realizar su fabricación ya que no son comerciales, por ende, las dimensiones plasmadas puede que sean o no acertadas.