Diyotların ileri voltaj düşüşünün iletişim güç kaynağı üzerinde önemli bir etkisi var mı?

一, ileri voltaj düşüşünün fiziksel özü ve iletişim senaryolarının özelliği
Bir diyotun ileri voltaj düşüşü, PN kavşağındaki elektrik alanında inşa edilen -} 'ın zayıflama işleminden kaynaklanmaktadır. İleri sapma voltajı eşiği aştığında (silikon tüpler için yaklaşık 0.6-0.8V ve germanyum tüpleri için yaklaşık 0.2-0.3V), taşıyıcı difüzyon bir akım oluşturur, ancak aynı zamanda direnç etkisinden dolayı geri dönüşü olmayan voltaj düşüşü meydana gelir. Bu özellik, iletişim güç kaynağında ikili bir çelişki sunar:
Düşük voltaj senaryolarına duyarlılık: Modern iletişim cihazları yaygın olarak 3.3V, 1.8V ve hatta daha düşük besleme gerilimlerini kullanır. 0.7V'deki silikon diyotların voltaj düşüşü,% 21'e kadar -% 39'u oluşturur ve doğrudan güç dönüşüm verimliliğinde bir uçurum benzeri bir azalmaya yol açar. Örneğin, 48V iletişim güç kaynağının DC-DC dönüşüm modülünde, geleneksel silikon doğrultma diyotları kullanılırsa, sadece ikincil düzeltme bağlantısı 1.4V kaybederek toplam verimliliği yaklaşık yüzde 3 puan azaltabilir.
Yüksek - frekans sinyallerinin bütünlük zorluğu: 5G baz istasyonları gibi yüksek - frekans uygulamalarında, diyot voltaj düşüşünün neden olduğu doğrusal olmayan bozulma, taşıyıcı toplama sinyallerinin faz tutarlılığını bozabilir. Deneysel veriler, ileri akım dalgalanması nominal değerin% 20'sini aştığında, silikon diyotun voltaj düşüşünün 0.15V'e kadar değişebileceğini, bu da OFDM sinyalinin EVM'sinin (hata vektör genliği) 3DB'den fazla bozulmasına neden olduğunu göstermektedir.
2, İleri voltaj düşüşünün iletişim güç kaynağı sistemi üzerindeki çok boyutlu etkisi
1. Verimlilik kaybının nicel analizi
Belirli bir 48V/12V iletişim gücü modülünü örnek olarak alarak, 4007 inç silikon diyot (VF) kullanılır=0.7 v@1a), doğrultucu devresi 10A'da tamamen yüklendiğinde, tek başına diyot kaybı toplam modül kaybının% 35'ini oluşturur. Schottky diyot (VF) bunun yerine=0.3 v@1a) kullanılırsa, kayıp 3W'ye düşürülebilir ve verimlilik yüzde 2,2 puan artırılabilir. Yılda bir milyon kilowatt saatin elektrik tüketen veri merkezleri için, bu gelişme her yıl yüz binlerce yuan'ı elektrik faturalarında tasarruf edebilir.
2. Sinyal bütünlüğünün kritik etkisi
Fiber optik iletişimde PD'nin (Photodetector) sapma devresinde, diyot voltaj düşüşünün sıcaklık kayma özelliği ölümcül sorunlara neden olabilir. Silikon diyotların voltaj düşüşü, artan sıcaklık ile -2.2mv/ derece oranında azalır. -40 derece ila +85 derecesi arasında endüstriyel sıcaklık aralığında, voltaj düşüşü 0.28V değişir. Sıcaklık telafisi tasarımı kullanılmazsa, PD sapma voltajının optimal çalışma noktasından sapmasına neden olur, bu da hassasiyet almada 1DB'den fazla azalmaya neden olur ve iletim mesafesini birkaç kilometre kısaltır.
3. Uzun süreli güvenilirlik riskleri
Pozitif voltaj düşüşünün neden olduğu yerel aşırı ısınma, iletişim güç kesintisinin ana nedenlerinden biridir. Testler, 10A'lık bir akım altında, silikon diyotların bağlantı sıcaklığının 125 dereceye (40 derecelik ortam sıcaklığı) ulaşabileceğini ve maksimum nominal bağlantı sıcaklığını aşabileceğini göstermiştir. Uzun süreli yüksek - sıcaklık çalışması metal göçünü ve elektromigrasyonu hızlandıracak, bu da diyot sızıntısı akımında ondan fazla artışa ve sonuçta kısa - devre hatalarına neden olacaktır. Belirli bir operatörden gelen istatistiklere göre, uygunsuz diyot seçiminin neden olduğu güç modüllerinin onarım oranı% 18'e kadar yüksektir, bunların% 70'i doğrudan voltaj düşüşü ile ilişkili termal arızalarla ilişkilidir.
3, optimizasyon stratejileri ve iletişim güç kaynağı sisteminin pratik vakaları
1. Malzeme ve cihazların yenilikçi seçimi
Schottky Diyot: Ultra - düşük voltaj düşüşü ile 0.15 - 0.45V, düşük voltajlı iletişim güç kaynakları için tercih edilen seçim haline gelmiştir. Örneğin, LTE baz istasyonu güç kaynağında, MBR2045CT Schottky diyot (VF) daha sonra kullanılır=0.38 v@2a) sonra, düzeltme verimliliği% 88'den% 92'ye yükseldi.
Senkron Dikleştirme Teknolojisi: M Ω direnci düşük bir direnç elde etmek için geleneksel diyotların mosfetlerle değiştirilmesi. Belirli bir 5G mikro baz istasyonu güç kaynağı, LTC4359 tarafından kontrol edilen, 3A akımında sadece 56mV voltaj düşüşü ve%96'yı aşan bir verimle eşzamanlı bir düzeltme şemasını benimser.
SiC/GaN wide bandgap devices: SiC Schottky diodes (Vf) in high-voltage and high-power scenarios= 1.2V@10A )It exhibits a 50% lower voltage drop and 3 times higher switching frequency than silicon devices, and has been applied in high-end fields such as submarine cable Tekrarlayıcı güç kaynağı.
2. Devre tasarımı için ince tazminat
Sıcaklık telafisi ağı: Diyot sapması akımını termistör ve voltaj bölücü direnci kombinasyonu ile dinamik olarak ayarlar. Belirli bir OTN cihazında, bu teknoloji, PD yanlılık voltajının dalgalanmasını tüm sıcaklık aralığında 0.05V'nin altına düşürür ve hassasiyet almanın stabilitesini 0.3dB artırır.
Çok seviyeli voltaj düşüşü dengeleme teknolojisi: Yüksek - voltaj düzeltme devrelerinde, her bir diyot arasındaki voltaj düşüşü farkını%5 içinde kontrol etmek için bir akım paylaşım direnciyle birlikte basamaklı bir diyot dizisi kullanılır. Bu şemayı benimsedikten sonra, belirli bir tür 400V iletişim güç kaynağının mevcut dengesizliği% 15'ten% 3'e düştü ve ömre üç kez uzatıldı.
3. Sistem mimarisinde yenilikçi atılımlar
Diyot Serbest Güç Kaynağı Mimarisi: Veri merkezinin yedek güç kaynağı sisteminde, diyot voltajı düşme kayıplarını tamamen ortadan kaldırmak için süper kapasitörler ve çift yönlü DC - DC dönüştürücüler kullanan bir çözüm kabul edilir. Gerçek test, 48V sistemindeki bu mimarinin enerji dönüşüm verimliliğinin%98,5'e ulaştığını, bu da geleneksel çözümden 6 puan daha yüksek olduğunu göstermektedir.
Akıllı Voltaj Damla Yönetimi çipi: TI'nın TPS2419 gibi voltaj düşüşü izlemesini ve dinamik ayar işlevlerini entegre eden özel bir IC, yük akımını gerçek zamanlı olarak algılayabilir ve kapı tahrik voltajını ayarlayabilir, böylece eşzamanlı düzeltme mosfet voltaj düşüşü her zaman optimal değerde tutulur. Belirli bir AI sunucusu güç kaynağında, bu teknoloji ışık yük verimliliğini% 8 ve tam yük verimliliğini% 2 artırır.