Kas dioodide ettepoole suunatud pinge langus mõjutab märkimisväärselt suhtlemisvõimsust?

一, edasise pinge languse füüsiline olemus ja kommunikatsioonistsenaariumide eripära
Dioodi edasisi pinge langus on tingitud PN -ristmikul asuva elektrivälja ehitatud - nõrgenemisprotsessist. Kui ettepoole suunatud pinge ületab läve (umbes 0,6–0,8 V räni torude puhul ja umbes 0,2–0,3 V germaaniumitorude puhul), moodustab kandja difusioon voolu, kuid samal ajal ilmneb vastupanuvõime tõttu pöördumatu pinge langus. See omadus on kommunikatsiooni toiteallikas kahekordne vastuolu:
Tundlikkus madala pinge stsenaariumide suhtes: Kaasaegsed kommunikatsiooniseadmed kasutavad tavaliselt toitepingeid 3,3 V, 1,8 V või isegi madalam. Ränidioodide pinge langus 0,7 V juures moodustab koguni 21% - 39%, mis viib otseselt kaljuni nagu energia muundamise efektiivsuse vähenemine. Näiteks 48V kommunikatsiooni toiteallika DC-DC teisendusmoodulis, kui kasutatakse traditsioonilisi räni alaldi dioode, võib kaotada ainult sekundaarne rektifitseerimise link 1,4 V, vähendades üldist efektiivsust peaaegu 3 protsendipunkti võrra.
Kõrge - sagedussignaalide terviklikkuse väljakutse: kõrge - sagedusrakendustes, näiteks 5G tugijaamad, võivad dioodipinge langusest põhjustatud mittelineaarsed moonutused häirida kanduri agregatsiooni signaalide faasi konsistentsi. Eksperimentaalsed andmed näitavad, et kui ettepoole suunatud voolu kõikumine ületab 20% nimiväärtusest, võib ränidioodi pinge langus muutuda kuni 0,15 V, mis on piisav, et põhjustada EVM (veavektori amplituud) OFDM -i signaali halvenemiseks rohkem kui 3DB võrra.
2, edasise pinge languse mitmemõõtmeline mõju kommunikatsiooni toiteallika süsteemile
1. tõhususe kadu kvantitatiivne analüüs
Kui näitena teatud 48 V/12V kommunikatsioonimoodulit, kasutatakse IN4007 ränidioodi (VF)=0.7 v@1A), kui alaldi vooluring on täielikult koormatud 10A juures, ulatub ainuüksi dioodikaotus 7W -ni, moodustades 35% kogumooduli kaotusest. Kui Schottky dioodi (VF) kasutatakse selle asemel=0.3 v@1a), saab kaotust vähendada 3W -ni ja tõhusust saab parandada 2,2 protsendipunkti võrra. Andmekeskuste jaoks, mis tarbivad aastas üle miljoni kilovatt -tunni, võib see paranemine igal aastal kokku hoida sadu tuhandeid jüaani.
2. signaali terviklikkuse kriitiline mõju
PD (fotodetektori) kallutatuse vooluahelas kiudoptilise kommunikatsiooni korral võib dioodi pinge languse temperatuuri triivi omadus põhjustada saatuslikke probleeme. Ränidioodide pinge langus väheneb temperatuuri tõustes kiirusega -2,2 mV/ kraad. Tööstusliku temperatuuri vahemikus -40 kraadi +85 kraadi, muutub pinge langus 0,28 V võrra. Kui temperatuuri kompensatsiooni kujundamist ei kasutata, põhjustab see PD kallutatuse pinge optimaalsest tööpunktist kõrvale kaldumise, mille tulemuseks on tundlikkuse saamisel rohkem kui 1dB vähenemine ja otseülekande kaugust mitme kilomeetri võrra.
3. Pikaajalise usaldusväärsuse riskid
Positiivse pinge langusest põhjustatud kohalik ülekuumenemine on suhtlemisvõimsuse puudulikkuse üks peamisi põhjuseid. Testid on näidanud, et 10A voolu korral võib räni dioodide ristmike temperatuur ulatuda 125 kraadi (ümbritseva õhu temperatuur 40 kraadi), ületades nende maksimaalse nimiväärtusega ristmike temperatuuri. Pikaajaline kõrge - temperatuuri töö kiirendab metalli migratsiooni ja elektromigratsiooni, mis põhjustab dioodi lekkevoolu suurenemist rohkem kui kümnekordseks ja põhjustab lõpuks lühikesi - vooluahela rikkeid. Teatud operaatori statistika kohaselt on ebaõige dioodide valikust põhjustatud võimsusmoodulite remondimäär koguni 18%, millest 70% on otseselt seotud pingelangusega seotud termiliste ebaõnnestumistega.
3, optimeerimisstrateegiad ja kommunikatsiooni toiteallika süsteemi praktilised juhtumid
1. Materjalide ja seadmete uuenduslik valik
Schottky diood: ultra - madalpinge langusega 0,15 - 0,45 V, on see muutunud madala pingega suhtlusvõimsuse eelistatavaks valikuks. Näiteks kasutatakse LTE baasjaama toiteallikaks MBR2045CT Schottky dioodi (VF)=0.38 v@2a) pärast seda suurenes rektifitseerimise efektiivsus 88% -lt 92% -ni.
Sünkroonne rektifitseerimise tehnoloogia: traditsiooniliste dioodide asendamine MOSFET -dega, et saavutada madal m ω vastupidavus. Teatud tüüpi 5G mikropõhise jaama toiteallikas võtab LTC4359 kontrolli all oleva sünkroonse rektifitseerimisskeemi, mille pingelangus on ainult 56 mV 3A voolu juures ja efektiivsus üle 96%.
SIC/GAN Wide BandGap -seadmed: sic Schottky dioodid (vf) kõrgel - pinge ja kõrge - energiastsenaariumid=1.2 v@10A), see näitab 50% madalamat pingelangust ja 3 korda kõrgema lülitussageduse korral kui 6 {{{{{on see, et see on kõrgel {{{silikaadlik ja see on aparaat {kõrgel {kõrgel kohal {kõrgel. Kaabli korduv toiteallikas.
2.
Temperatuuri kompensatsiooni võrk: dünaamiliselt reguleerib dioodide eelarvamuste voolu termistori ja pingejagudetakisti kombinatsiooni kaudu. Teatud tüüpi OTN -seadmes vähendab see tehnoloogia PD kallutatuse pinge kõikumist vähem kui 0,05 V kogu temperatuurivahemikus ja parandab tundlikkuse stabiilsust 0,3 dB võrra.
Mitmetasandiline pingelanguse tasakaalustamise tehnoloogia: kõrge - pinge rektifitseerimisahelad kasutatakse kaskaaditud dioodide massiivi koos voolu jagamistakistiga, et kontrollida pingelanguse erinevust iga dioodi vahel 5%piires. Pärast selle skeemi vastuvõtmist vähenes teatud tüüpi 400 V kommunikatsiooni toiteallika praegune tasakaalustamatus 15% -lt 3% -ni ja eluiga pikendati kolm korda.
3. Uuenduslikud läbimurded süsteemi arhitektuuris
Dioodivaba toiteallika arhitektuur: andmekeskuse varundussüsteemis võetakse kasutusele lahendus superkondensaatoreid ja kahesuunalist alalisvoolu - alalisvoolu muundurid, et täielikult kõrvaldada dioodipinge langusekaod. Tegelik testimine näitab, et selle arhitektuuri energia muundamise efektiivsus 48 V -süsteemis ulatub 98,5%-ni, mis on 6 protsendipunkti kõrgem kui traditsioonilisest lahendusest.
Intelligentne pinge tilgahalduskiip: spetsiaalne IC, mis integreerib pingelanguse jälgimise ja dünaamiliste reguleerimise funktsioonid, näiteks TI TPS2419, võib reaalajas voolu tunda ja reguleerida värava draivi pinget, nii et sünkroonse rektifitseerimise mosfeti pingelangust hoitakse alati optimaalses väärtuses. Teatud tüüpi AI -serveri toiteallika korral parandab see tehnoloogia valguse koormuse efektiivsust 8% ja täiskoormuse efektiivsus 2%.