A diódák előremenő feszültségcsökkenése jelentős hatással van -e a kommunikációs áramellátásra?

一, Az előremenő feszültségcsökkenés fizikai lényege és a kommunikációs forgatókönyvek sajátossága
A dióda előremenő feszültségcsökkenése a beépített - áramlási folyamatának a PN -csomópontban lévő elektromos mezőben való gyengülési folyamatának köszönhető. Amikor az előremezbeli torzítás feszültsége meghaladja a küszöböt (kb. 0,6-0,8 V szilíciumcsöveknél és körülbelül 0,2-0,3 V-os germániumcsöveknél), akkor a hordozó diffúziója áramot jelent, ugyanakkor visszafordíthatatlan feszültségcsökkenés következik be az ellenállás hatásának köszönhetően. Ez a tulajdonság kettős ellentmondást mutat a kommunikációs áramellátásban:
Az alacsony feszültségű forgatókönyvek érzékenysége: A modern kommunikációs eszközök általában 3,3 V, 1,8 V vagy még alacsonyabb tápfeszültségeket használnak. A szilícium -diódák feszültségcsökkenése 0,7 V -os, 21% -ot tesz ki - 39%, közvetlenül egy sziklához vezet, mint az energiaátalakítás hatékonyságának csökkenése. Például a 48 V-os kommunikációs tápegység DC-DC konverziós moduljában, ha hagyományos szilícium-egyenirányító-diódákat használnak, csak a másodlagos helyesbítési link elveszítheti az 1,4 V-ot, ami az általános hatékonyságot közel 3 százalékponttal csökkenti.
A magas - frekvenciajelek integritási kihívása: A magas - frekvenciaközleményekben, például az 5G bázisállomásokban a dióda feszültségcsökkenés által okozott nemlineáris torzulás megzavarhatja a hordozó aggregációs jelek fáziskonzisztenciáját. A kísérleti adatok azt mutatják, hogy ha az előremenő áram ingadozása meghaladja a névleges érték 20% -át, akkor a szilícium -dióda feszültségcsökkenése akár 0,15 V -ig is megváltozhat, ami elegendő ahhoz, hogy az OFDM jel EVM (hibavektor amplitúdója) több mint 3dB -vel romlik.
2, Az előremenő feszültségcsökkenés többdimenziós hatása a kommunikációs áramellátási rendszerre
1. A hatékonyságvesztés kvantitatív elemzése
Példaként egy bizonyos 48 V/12 V kommunikációs teljesítmény modult véve az IN4007 szilícium -diódát (VF) használjuk=0.7 v@1a), amikor az egyenirányító áramkör teljes mértékben betöltött 10A -nál, a dióda -veszteség önmagában eléri a 7W -t, a teljes modul elvesztésének 35% -át. Ha a Schottky diódát (VF) inkább=0.3 v@1a) használják, akkor a veszteség 3W -ra csökkenthető, és a hatékonyság 2,2 százalékponttal javítható. Azon adatközpontokban, amelyek évente több mint egymillió kilowatt órát fogyasztanak, ez a javulás évente több százezer jüan -t takaríthat meg a villamosenergia -számlákban.
2. A jel integritásának kritikus hatása
A száloptikai kommunikációban a PD (fotodetektor) elfogultsági áramkörében a dióda feszültségcsökkenésének hőmérsékleti sodródási jellemzője halálos problémákat okozhat. A szilícium -diódák feszültségcsökkenése -2,2 mV/ fokos sebességgel csökken a hőmérséklet növekedésével. Az ipari hőmérsékleti tartományon belül -40 fokos +85 fokig a feszültségcsökkenés 0,28 V -rel változik. Ha nem használják a hőmérséklet -kompenzációs kialakítást, akkor a PD torzítás feszültségének eltérése az optimális működési ponttól, ami több mint 1dB csökkenést eredményez az érzékenység átvételekor és az átviteli távolság közvetlenül rövidítéséhez több kilométerrel.
3. hosszú távú megbízhatósági kockázatok
A pozitív feszültségcsökkenés által okozott helyi túlmelegedés az egyik fő oka a kommunikációs energiahiánynak. A tesztek kimutatták, hogy a 10A áram alatt a szilícium -diódák csomópontja elérheti a 125 fokot (a környezeti hőmérséklet 40 fok), meghaladva a maximális névleges csatlakozási hőmérsékletet. A hosszú távú magas - hőmérsékleti művelet felgyorsítja a fém migrációját és az elektromigrációt, ami több mint tízszeresére növeli a dióda szivárgási áramát, és végül rövid - áramköri hibákat okoz. Egy bizonyos operátor statisztikái szerint a nem megfelelő diódak kiválasztása által okozott energiamodulok javítási sebessége akár 18%, amelynek 70% -a közvetlenül kapcsolódik a feszültségcsökkenéshez kapcsolódó termikus hibákhoz.
3, Optimalizálási stratégiák és a kommunikációs áramellátási rendszer gyakorlati esetei
1. Innovatív anyagok és eszközök kiválasztása
Schottky dióda: Ultra - alacsony feszültségcsökkenéssel 0,15 - 0,45 V-os, ez lett az alacsony feszültségű kommunikációs tápegységek preferált választása. Például az LTE bázisállomás tápegységében az MBR2045CT Schottky diódát (VF) használják=0.38 v@2a) utána, a rektifikációs hatékonyság 88% -ról 92% -ra nőtt.
Szinkron rektifikációs technológia: A hagyományos diódák helyettesítése a MOSFET -ekkel, hogy alacsonyan érjék el az M Ω ellenállását. Egy bizonyos típusú, 5G mikro bázisállomás tápellátása egy szinkron rektifikációs sémát alkalmaz, amelyet az LTC4359 szabályozott, a feszültségcsökkenés csak 56 mV 3A áramnál és a hatékonyságon meghaladja a 96%-ot.
SIC/Gan széles sávos eszközök: SIC Schottky diódák (VF) magas - feszültségben és magas - Teljesítményforgatókönyvek=1.2 v@10a) 50% -kal alacsonyabb feszültségcseppet és 3 -szor magasabb váltási frekvenciát mutatnak, mint a Submare, és a Submare}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} ismétlő tápegység.
2. Finom kompenzáció az áramkör tervezéséért
Hőmérséklet -kompenzációs hálózat: Dinamikusan beállítja a dióda torzulási áramot a termisztor és a feszültség elválasztó ellenállás kombinációjával. Egy bizonyos típusú OTN -eszköznél ez a technológia a PD torzítás feszültségének ingadozását kevesebb, mint 0,05 V -ra csökkenti a teljes hőmérsékleti tartományban, és javítja az érzékenység vételi stabilitását 0,3dB -vel.
Többszintű feszültségcsepp -kiegyensúlyozó technológia: Magas - feszültség -kijavító áramkörökben egy lépcsőzetes diódarendszert használunk egy árammegosztási ellenállással együtt, hogy szabályozzák az egyes diódák közötti feszültségcsökkenési különbséget 5%-on belül. A rendszer elfogadása után egy bizonyos típusú 400 V -os kommunikációs energiaellátás jelenlegi egyensúlyhiánya 15% -ról 3% -ra csökkent, és az élettartam háromszor meghosszabbodott.
3. Innovatív áttörések a rendszer architektúrájában
Diódamentes tápegység -architektúra: Az adatközpont biztonsági mentési tápegységében a szuperkondenzátorok és a kétirányú DC - DC konvertereket alkalmazzák a dióda feszültségcsökkenési veszteségek teljes kiküszöbölésére. A tényleges tesztelés azt mutatja, hogy ennek az architektúrának az energiakonverziós hatékonysága egy 48 V -os rendszerben eléri a 98,5%-ot, ami 6 százalékponttal magasabb, mint a hagyományos megoldás.
Intelligens feszültségcsepp -kezelési chip: Egy dedikált IC, amely integrálja a feszültségcseppek megfigyelését és a dinamikus beállítási funkciókat, például a TI TPS2419, valós időben érzékelheti a terhelési áramot, és beállíthatja a kapu meghajtó feszültségét, hogy a szinkron rektifikációs MOSFET feszültségcsökkenése mindig az optimális értékben fennmaradjon. Egy bizonyos típusú AI -kiszolgáló tápegységben ez a technológia 8% -kal, a teljes terhelés hatékonyságával 2% -kal javítja a fényterhelés hatékonyságát.