Hogyan lehet diódákat és MOSFET -eket használni a kommunikációs védelmi áramkörök felépítéséhez?

一, Műszaki elv: az alkatrészek jellemzőitől a rendszerszint védelméig
1. A diódák védelmi mechanizmusa
A TVS átmeneti szuppressziós dióda nanosekundum szintű választ ér el az Avalanche Breakdown Effect révén, és alapvető paraméterei a következők:
Bontási feszültség (VBR): Meghatározza a védelmi küszöböt, amelyet általában használt 5 V, 12 V, 24 V -os specifikációk a kommunikációs berendezésekhez
CLAMP feszültség (VC): A túlfeszültség -védelmi képesség tükrözi, a magas - minőségi eszközök elérhetik a VC/VBR -t<1.3
Peak impulzusáram (IPP): Jellemzője a túlfeszültség -ellenállás, és az adatközpontok alkalmazásainak el kell érniük a tíz kiloampere szintet
A tartományi operátor által végzett tesztben egy 5G bázisállomás teljesítmény modulja, amely kétirányú TV -diódákat használ, sikeresen ellenállt a 10 kV túlfeszültség -hatásainak egy 8/20 μs hullámforma alatt, a hibaarány 92% -os csökkenésével.
A Schottky diódák jól teljesítenek a fordított áramkörökben, mivel az alacsony előremenő feszültség 0,1-0,3 V-os. A Schottky dióda -tömbök elfogadása után egy adott adatközpontban a 24 V -os tápegység energiafogyasztása 14W -ról 0,8W -ra csökkent, és az éves energiatakarékosság elérte a 2100 kWh -t.
2. A MOS tranzisztorok váltási tulajdonságai
Az NMOS tranzisztor egyedi előnyöket mutat a fordított áramkörben:
Conduction condition: Vgs>VTH (küszöbfeszültség), tipikus érték 1-4v
Az ellenállásról (RDS (ON)): A modern technológia elérte a Milliohm szintet, mindössze 0,8W energiafogyasztással
Kapcsolási sebesség: nanosekundum szintű válasz, jóval jobb, mint a hagyományos relék
Egy bizonyos kommunikációs berendezés gyártójának tényleges tesztadata azt mutatja, hogy az NMOS Reverse Circuit használata után az eszköz indítási időjét 50 ms -ről 2 ms -ra rövidítették, megfelelve az 5G alapállomások milliszekundumos szintű váltási követelményeinek.
Noha a PMOS tranzisztorokat ritkábban használják, mivel magas az ellenállásuk, továbbra is értékük van a magas - végső vezetési forgatókönyvekben. Egy bizonyos optikai modul a PMOS -t alkalmazza -48 V -os energiavédelem elérése érdekében, sikeresen vezérelve a fordított szivárgási áramot 0,1 μ A. alatt.
2, Együttműködő alkalmazás: Három - szintű védelmi rendszer építése
1. Bemeneti szint védelme: Elnyomja az energiahálózat zavarait
1. megoldás: TVS+NMOS kompozit védelem
A kétirányú TV -diódák és az NMOS tranzisztorok kombinációjának telepítése a hálózati energiafelvétel végén:
A TV -k dióda 6 kV -os túlfeszültséget abszorbeál 10/1000 μ S hullámformán
Az NMOS tranzisztor megvalósítja a teljesítmény polaritásának észlelését és az automatikus váltást
Válaszidő<50ns, protection level up to IEC 61000-4-5 Level 4
Miután ezt a megoldást egy sivatagi bázisállomásra alkalmazták, a villámcsapások által okozott berendezéshibák száma 12 -ről 1 -re csökkent, és a karbantartási költségeket 85%-kal csökkentették.
2. lehetőség: Az egyenirányító híd optimalizálása+MOS tranzisztor
A hagyományos egyenirányító hidak 0,7 V -os feszültségcsökkenésének kezelésére a MOS tranzisztorokat használják diódák helyett
Szinkron rektifikációs áramkör felépítése 4 NMOS tranzisztor segítségével
Az ellenállás 0,7 Ω -ról 20 m -re csökkent
A hatékonyság 85% -ról 98% -ra nőtt
Miután ezt a technológiát egy bizonyos szuperszámítógépes központban alkalmazta, az éves energiamegtakarítás elérte az 1,2 millió kWh -t, ami megegyezik a szén -dioxid -kibocsátás 980 tonnával.
2. Köztes feszültségszabályozás: kiküszöbölje a harmonikus interferenciát
Megoldás: Zener dióda+LDO kombináció
Két szakaszos feszültségszabályozást fogadunk el a DC - DC konverziós folyamatban:
A Zener -dióda primer feszültség stabilizálását biztosítja, és ± 10% -os feszültség ingadozásokat abszorbeál
Az LDO -szabályozó tovább elnyomja a fodrozódást 10 mV -ig
Megfeleljen a digitális chipek, például az FPGA tápegységének követelményeinek
Miután ezt a megoldást egy bizonyos 5G AAU -ra alkalmazta, az átviteli teljesítmény stabilitása 3DB -vel nőtt, és a lefedettség sugara 8%-kal nőtt.
3. Kimeneti szint védelme: Megakadályozza a fordított áramot
Megoldás: ORING vezérlő+MOS tranzisztor
A redundáns energiarendszerekben a következő módszereket alkalmazzák:
A Schottky dióda elsődleges elszigetelést ér el
N +1 redundáns tápegység zökkenőmentes váltása MOS tranzisztor segítségével
A váltási idő 10 ms -ről 50 μs -re csökkent
Miután ezt a megoldást egy bizonyos adatközpontban alkalmazta, a tárolási tömbben a teljesítményváltás által okozott áramkimaradás -baleset teljesen megszűnt.
3, Ipari gyakorlat: Tipikus forgatókönyv -megoldások
1. A bázisállomás tápellátásának optimalizálása
A távoli alapállomások instabil tápegységének kérdésének kezelése érdekében a "napenergia+akkumulátor+intelligens feszültségszabályozó" hibrid tápegység -rendszert fogadják el:
Feszültségszabályozó kiválasztása: Bemeneti tartomány 180-520VAC, kimeneti pontosság ± 0,5%
MOS konfiguráció: Az NMOS -t használják az akkumulátor -töltésvezérléshez, a PMOS -t használják a terhelésteljesítményváltáshoz
Ellenőrző stratégia: Végezze el a kapcsolatok vezérlését a feszültségszabályozó és a BMS között a CAN buszon keresztül
Miután ezt a megoldást egy magas - magassági bázisállomásra alkalmazta, az éves áramszünet időtartama 72 óráról 3 órára csökkent, és a hálózat rendelkezésre állása 99,99%-ra nőtt.
2. Adatközpont architektúra frissítése
A magas - sűrűségű szekrények tápellátási kihívásainak kezelése érdekében moduláris teljesítmény -architektúrát fogadnak el:
Minden energiamodul támogatja a forró cserét, és az egyetlen modul meghibásodása nem befolyásolja a rendszer működését
A MOS Transistor 4 bemeneti tápegység automatikus árammegosztását éri el, a terheléselosztási fok ± 2%
Intelligens megfigyelés: A feszültség, áram és hőmérsékleti paraméterek valós idejű megszerzése az I2C buszon keresztül
Miután ezt a megoldást egy nagy - skála adatközpontban alkalmazta, a PUE érték 1,6 -ról 1,3 -ra csökkent, és az éves energiatakarékosság elérte a 12 millió kWh -t.
3. optikai modul interfészvédelem
A 400G optikai modulok ESD érzékenységi kérdésére három - szintű védelmet fogadnak el:
1. szint: A TV -dióda elnyeli ± 15kV érintkező kisülést
Második szint: A Zener dióda korlátozza a túlfeszültséget 5,6 V -ra
3. szint: Az RC szűrőhálózat kiküszöböli a magas - frekvencia -interferenciát
Egy bizonyos berendezésgyártó teszt adatainak azt mutatja, hogy ez a megoldás az optikai modul ESD meghibásodási sebességét 3% -ról 0,02% -ra csökkenti.
4, Technológiai evolúció: Védelmi innováció a 6G -hez
A milliméteres hullámkommunikáció, a Terahertz kommunikáció és más technológiák népszerűsítésével a 6G -es korszakban az áramellátási rendszerek magasabb kihívásokkal néznek szembe:
Ultra alacsony zajigény: Az energiaszegélyt el kell gátolni a μ v szintre, hogy megfeleljen a fázisos tömb radar fázis pontossági követelményeinek
Dinamikus válaszjavítás: A válaszidőt a μS szintre kell lerövidíteni, hogy alkalmazkodjon a sugárzás által okozott teljesítménymutációhoz
Hatékony energiaátalakítás: A kapcsolófrekvencia MHz szintre nőtt, csökkentve a passzív alkatrészek mennyiségét
A jelenlegi kutatási hotspotok a következők:
Gallium -nitrid (GAN) védőeszközök: 10 MHz -ig történő váltás, a hatékonyság meghaladja a 95% -ot
Mágneses integrációs technológia: Az induktorok integrálása a transzformátorokkal, a mennyiség 40% -kal csökkentve
Digitális védelem ellenőrzése: Az adaptív paraméterek beállítása a DSP -n keresztül érhető el
5., Végrehajtási javaslat: Teljes életciklus -kezelés a kiválasztástól a működésig és a karbantartásig
Alkatrészválasztási kritériumok:
TV -dióda: Válasszon eszközöket VC/VBR -vel<1.3 and Ipp>10 ka
MOS tranzisztor: RDS (ON)<5m Ω Vgs(th)<2V,Ciss<1nF
Zener dióda: hőmérsékleti együttható<-2mV/℃, dynamic resistance<10 Ω
A rendszertervezés legfontosabb pontjai:
Kövesse az "osztályozott védelem" elvét, hogy elkerülje az egyszintű védelemre gyakorolt ​​túlzott nyomást
Foglaljon 20% -os energiamarint a jövőbeli bővítési igények kielégítéséhez
Elosztott áramellátási architektúra elfogadása a hosszú - távolságátviteli veszteségek csökkentése érdekében
Működési és karbantartási kezelési szabványok:
Negyedéves terhelésvizsgálat a védelmi pontosság ellenőrzéséhez
Cserélje ki az elektrolit kondenzátorokat évente a kapacitás lebomlásának megakadályozása érdekében
Hozzon létre egy tápegység minőségi adatbázist a hiba előrejelzésének elérése érdekében
https://www.trrsemicon.com/transistor/n {2} }channel {4 }60 {5 }v {6} }d {7} }s-mosfet-irfz44.html