A queda de tensão direta dos diodos tem um impacto significativo na fonte de alimentação de comunicação?

一, a essência física da queda de tensão avançada e a particularidade dos cenários de comunicação
A queda de tensão direta de um diodo se deve ao processo de enfraquecimento do - no campo elétrico na junção PN. Quando a tensão de polarização direta excede o limite (cerca de 0,6-0,8V para tubos de silício e cerca de 0,2-0,3V para tubos de germânio), a difusão do portador forma uma corrente, mas ao mesmo tempo, a queda irreversível de tensão ocorre devido ao efeito de resistência. Essa característica apresenta uma dupla contradição na fonte de alimentação de comunicação:
Sensibilidade a cenários de baixa tensão: os dispositivos de comunicação modernos geralmente usam tensões de suprimento de 3,3V, 1,8V ou até mais baixa. A queda de tensão dos diodos de silício em 0,7V é responsável por até 21% - 39%, levando diretamente a um penhasco como diminuição na eficiência da conversão de energia. Por exemplo, no módulo de conversão DC-DC de uma fonte de alimentação de comunicação de 48V, se os diodos do retificador de silício tradicionais forem utilizados, apenas o link de retificação secundária pode perder 1,4V, reduzindo a eficiência geral em quase 3 pontos percentuais.
O desafio da integridade do alto - sinais de frequência: em aplicações de frequência - altas, como estações base 5G, distorção não linear causada pela queda de tensão do diodo pode interromper a consistência da fase dos sinais de agregação portadora. Os dados experimentais mostram que, quando a flutuação da corrente direta excede 20% do valor nominal, a queda de tensão do diodo de silício pode mudar em até 0,15V, o que é suficiente para causar o EVM (amplitude do vetor de erro) do sinal OFDM para deteriorar -se por mais de 3DB.
2, Impacto multidimensional da queda de tensão direta no sistema de fonte de alimentação de comunicação
1. Análise quantitativa da perda de eficiência
Tomando um certo módulo de potência de comunicação de 48V/12V como exemplo, o diodo de silício IN4007 (VF) é usado=0.7 v@1a) quando o circuito do retificador está totalmente carregado em 10A, a perda de diodo sozinha atinge 7W, representando 35% da perda total do módulo. Se o diodo Schottky (VF) for usado em vez de=0.3 v@1a), a perda pode ser reduzida para 3W, e a eficiência pode ser melhorada em 2,2 pontos percentuais. Para data centers que consomem mais de um milhão de quilowatt horas de eletricidade anualmente, essa melhoria pode economizar centenas de milhares de yuan em contas de eletricidade a cada ano.
2. O impacto crítico da integridade do sinal
No circuito de polarização da DP (fotodetector) na comunicação de fibra óptica, a característica do desvio da temperatura da queda de tensão do diodo pode causar problemas fatais. A queda de tensão dos diodos de silício diminui a uma taxa de -2,2mv/ grau com o aumento da temperatura. Dentro da faixa de temperatura industrial de -40 graus a +85}, a queda de tensão muda em 0,28V. Se o projeto de compensação de temperatura não for usado, fará com que a tensão de polarização de PD se desvie do ponto de operação ideal, resultando em uma diminuição de mais de 1dB na sensibilidade ao receber e diminuir diretamente a distância de transmissão em vários quilômetros.
3 riscos de confiabilidade a longo prazo
O superaquecimento local causado por queda de tensão positiva é uma das principais causas de falha de energia da comunicação. Os testes mostraram que, sob uma corrente de 10a, a temperatura da junção dos diodos de silício pode atingir 125 graus (temperatura ambiente de 40 graus), excedendo sua temperatura máxima de junção nominal. Operação de temperatura alta - a longo prazo acelerará a migração e a eletromigração do metal, levando a um aumento de mais de dez vezes na corrente de vazamento de diodo e, finalmente, causando falhas curtas -}. De acordo com as estatísticas de um determinado operador, a taxa de reparo dos módulos de energia causada pela seleção inadequada de diodos é de até 18%, dos quais 70% estão diretamente relacionados a falhas térmicas relacionadas à queda de tensão.
3, Estratégias de otimização e casos práticos de sistema de alimentação de comunicação
1. Seleção inovadora de materiais e dispositivos
Diodo Schottky: com uma queda de baixa tensão de Ultra - de 0,15 - 0,45V, tornou-se a escolha preferida para fontes de alimentação de comunicação de baixa tensão. Por exemplo, na fonte de alimentação da estação base LTE, o diodo MBR2045CT Schottky (VF) é usado=0.38 v@2a) depois, a eficiência da retificação aumentou de 88% para 92%.
Tecnologia de retificação síncrona: substituindo os diodos tradicionais por MOSFETs para obter uma baixa resistência de M ω. Um certo tipo de fonte de alimentação da Estação Micro -Base 5G adota um esquema de retificação síncrona controlada pelo LTC4359, com uma queda de tensão de apenas 56 mV na corrente 3A e uma eficiência superior a 96%.
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 Fonte de alimentação do repetidor.
2. Compensação fina para o design do circuito
Rede de compensação de temperatura: ajusta dinamicamente a corrente de polarização do diodo por meio de uma combinação de terminador e resistor de divisores de tensão. Em um certo tipo de dispositivo OTN, essa tecnologia reduz a flutuação da tensão de polarização de PD para menos de 0,05V em toda a faixa de temperatura e melhora a estabilidade de receber a sensibilidade em 0,3dB.
Tecnologia de balanceamento de queda de tensão de nível múltiplo: Em circuitos de retificação de tensão alta -, uma matriz de diodo em cascata é usada em conjunto com um resistor de compartilhamento de corrente para controlar a diferença de queda de tensão entre cada diodo dentro de 5%. Após adotar esse esquema, o desequilíbrio atual de um certo tipo de fonte de alimentação de comunicação de 400V diminuiu de 15% para 3% e a vida útil foi prolongada por três vezes.
3. Avesras inovadoras na arquitetura do sistema
Arquitetura de fonte de alimentação livre de diodo: no sistema de fonte de alimentação de backup do data center, uma solução usando supercapacitores e conversores dc bidirecionais - é adotada para eliminar completamente as perdas de queda de tensão de diodo. Os testes reais mostram que a eficiência de conversão de energia dessa arquitetura em um sistema de 48V atinge 98,5%, o que é 6 pontos percentuais superiores à solução tradicional.
Chip de gerenciamento de queda de tensão inteligente: um IC dedicado que integra funções de monitoramento de queda de tensão e ajuste dinâmico, como o TPS2419 da TI, pode sentir a corrente de carga em tempo real e ajustar a tensão do acionamento por gate, de modo que a queda de tensão do MOSFET de retificação síncrona é sempre mantida no valor ideal. Em um certo tipo de fonte de alimentação do servidor AI, essa tecnologia melhora a eficiência da carga de luz em 8% e a eficiência total de carga em 2%.