Como os diodos podem otimizar a eficiência da conversão de energia em eletrônicos de consumo?

1, o desafio da eficiência da conversão de energia e o papel dos diodos
No campo da eletrônica de consumo, a eficiência da conversão de energia é um dos principais indicadores para medir o desempenho do dispositivo. Com a crescente complexidade das funções portáteis do dispositivo, de smartphones a consoles de jogos, requisitos mais altos foram apresentados para gerenciamento de energia: tamanho menor, maior potência de saída e maior duração da bateria. No entanto, existem muitos gargalos de eficiência nos circuitos tradicionais de conversão de energia, entre os quais as características dos diodos têm um impacto decisivo na eficiência geral.
Os diodos executam principalmente funções de retificação, roda livre e fixação na conversão de energia. Tomando um carregador de smartphone como exemplo, a energia CA precisa ser convertida em energia CC através de um circuito retificador, mas a queda de tensão direta (VF) dos diodos tradicionais de silício é tão alta quanto 0,7V, resultando em perdas de condução representando 10%- 15% do consumo total de energia. Além disso, nos conversores DC-DC, um longo tempo de recuperação reversa (TRR) do diodo pode causar picos de tensão, mais perdas crescentes.
2, o caminho da tecnologia principal para otimizar a eficiência do diodo
Em resposta aos pontos problemáticos acima, os engenheiros estão promovendo a evolução dos diodos em direção a alta eficiência por meio da inovação material, melhoria de processos e design de circuitos
Tecnologia de queda de pressão baixa para a frente
Diodo Schottky: usa contato de semicondutor de metal em vez da junção PN para reduzir a VF para 0,2-0,4V. Após o uso de diodos Schottky em um esquema de carregamento rápido, as perdas de retificação foram reduzidas em 60% e a eficiência aumentou de 82% para 88%.
Retificador Super Barreira (SBR): Combinando a tecnologia MOS com o design profundo da vala, mantendo a baixa VF, a corrente de vazamento (IR) é reduzida em 90% em comparação com Schottky tradicional. A 85 graus, a corrente de vazamento de SBR é de apenas 1,7 μ A, enquanto o mesmo tipo de Schottky atinge 18 μ A.
Tecnologia rápida de recuperação reversa
Diodo de recuperação rápida (FRD): Ao otimizar a concentração de doping e o projeto estrutural, o TRR é reduzido para 30ns. Em altas fontes de alimentação de comutação de frequência - (como adaptadores de laptop), o FRD reduz as perdas de recuperação reversa em 75%.
Diodo de carboneto de silício (sic): utilizando as características de semicondutores de banda larga, suportando a frequência operacional do nível MHZ e a carga de recuperação reversa (QRR) próxima a zero. A eficiência de um determinado esquema de diodo SiC é 3% maior que o de um esquema baseado em silício - em uma frequência de comutação de 400kHz.
Gerenciamento térmico e inovação de embalagens
Otimização de dissipação de calor: a embalagem TO-220 combinada com o substrato de cobre reduz a resistência térmica em 40%. Quando o módulo de energia de um determinado console de jogos é totalmente carregado, a temperatura da junção do diodo cai de 125 a 85 graus, melhorando a estabilidade.
Projeto integrado: a combinação de diodos e MOSFETs em um módulo de potência reduz a indutância parasitária em 50%, reduz o ruído de comutação e aumenta a eficiência em 1,5%.
3, casos de aplicação típicos em eletrônicos de consumo
Tecnologia de carregamento rápido do telefone inteligente
CASO: Um carregador de nitreto de gálio de 65W adota uma solução integrada de diodo SBR e transistor GaN.
efeito:
A eficiência aumentou de 85% para 92,5% na solução de silício;
O aumento da temperatura diminui em 5 graus e o volume diminui em 30%;
Suporta o protocolo PD3.1, alcançando 60% de cobrança em 15 minutos.
Adaptador de energia do laptop
CASO: Converter DC de alta frequência - DC usando diodos SiC (frequência de operação 500kHz).
efeito:
A eficiência atinge 95%, 4% maior que as soluções tradicionais;
O tamanho do componente magnético foi reduzido em 40%e a espessura do adaptador foi reduzida para 12 mm;
O consumo de energia não - é menor que 50MW, que atende ao padrão da Star Energy.
Sistema de energia do console de jogo
CASO: A fonte de alimentação PS5 adota um design de fase VRM de fase multi - com diodos Schottky baixo.
efeito:
A eficiência da fonte de alimentação da CPU/GPU atinge 94%;
A velocidade de resposta transitória é aumentada três vezes e suporta a comutação dinâmica de energia;
O volume geral da fonte de alimentação foi reduzido em 25%.
https://www.trrsemicon.com/diode/smd ({2a }diode/bas19-bas20.html