Kuidas kasutada dioode ja MOSFET -i kommunikatsioonikaitseahelate konstrueerimiseks?

一, tehniline põhimõte: komponentide karakteristikutest süsteemi taseme kaitseni
1. dioodide kaitsemehhanism
TVS -i mööduv supressioonidiood saavutab nanosekundi taseme vastuse laviini lagunemise efekti kaudu ja selle põhiparameetrid hõlmavad järgmist:
Jaotuspinge (VBR): määrab kaitseläve, tavaliselt kasutatavad 5 V, 12 V, 24 V spetsifikatsioonid kommunikatsiooniseadmete jaoks
Klambripinge (VC): peegeldab ülepinge kaitsevõimalust, kõrge - kvaliteetsed seadmed saavad saavutada VC/VBR<1.3
Tipp pulssivool (IPP): iseloomustab hüppe takistust ja andmekeskuse rakendused peavad jõudma kümnete kiloamperi tasemeni
Provintsioperaatori poolt läbi viidud katses talus 5G tugijaama toitemoodul, mis kasutab kahesuunalisi TVS -dioode, edukalt 10kV tõusulainet 8/20 μ S lainekuju all, veakiirus väheneb 92%.
Schottky dioodid toimivad hästi tagurpidi vooluahelates, kuna nende madal pinge langus on 0,1-0,3 V. Pärast Schottky dioodide massiivide kasutuselevõttu teatud andmekeskuses vähenes 24 V toiteallika süsteemi energiatarve 14W -lt 0,8 W -ni ja aastane energiasääst ulatus 2100 kWh.
2. MOS -transistoride lülitusomadused
NMOS -transistoril on tagumiste vooluahela ainulaadsed eelised:
Conduction condition: Vgs>VTH (lävipinge), tüüpiline väärtus 1-4 V
Takistusel (RDS (ON)): Kaasaegne tehnoloogia on saavutanud MillioHM -i taseme, energiatarve on ainult 0,8 W 20A voolu korral
Lülituskiirus: nanosekundi taseme reageerimine, palju parem kui traditsioonilised releed
Teatud kommunikatsiooniseadmete tootja tegelikud testiandmed näitavad, et pärast NMOS -i tagurpidi vooluahela kasutamist on seadme käivitamisaeg lühendatud 50 ms 2ms -le, mis vastab 5G baasjaamade millisekundi taseme vahetamise nõuetele.
Ehkki PMOS -transistore kasutatakse vähem kui nende kõrge vastupidavuse tõttu, on neil siiski väärtus kõrge - lõppstsenaariumi korral. Teatud optiline moodul võtab vastu -48 V võimsuskaitse saavutamiseks PMO -sid, kontrollides edukalt vastupidist lekkevoolu alla 0,1 μ A.
2, koostöörakendus: kolme - taseme kaitsesüsteemi ehitamine
1. sisendtaseme kaitse: suruge toitevõrgu häired maha
Lahendus 1: telerid+NMOS komposiitkaitse
Kahesuunaliste telerite dioodide ja NMOS -transistoride kombinatsiooni juurutamine Mains Power Accessi otsas:
TVS -diood neelab 6kV tõusu 10/1000 μ S lainekuju all
NMOS -transistor realiseerib võimsuse polaarsuse tuvastamise ja automaatse vahetamise
Reageerimise aeg<50ns, protection level up to IEC 61000-4-5 Level 4
Pärast selle lahenduse rakendamist kõrbepõhijaamale vähenes välgulöökidest põhjustatud seadmete arv aastas 12 -lt 1 -le ja hoolduskulud vähenesid 85%.
2. võimalus: alaldi silla+MOS -transistori optimeerimine
Traditsiooniliste alaldisildade 0,7 V pingelanguse probleemi lahendamiseks kasutatakse dioodide asemel MOS -transistoreid
Sünkroonse rektifitseerimisahela konstrueerimine 4 NMOS -transistori abil
ON takistus vähenes 0,7 Ω 20m Ω -ni
Tõhusus suurenes 85% -lt 98% -ni
Pärast selle tehnoloogia rakendamist teatud superarvutuskeskuses ulatus iga -aastane energiasääst 1,2 miljonit kWh, mis võrdub süsinikuheite vähendamisega 980 tonni võrra.
2. vahepealne pinge reguleerimine: kõrvaldage harmoonilised häired
Lahendus: Zeneri diood+LDO kombinatsioon
DC - DC teisendamise protsessis võetakse kasutusele kaheastmelise pingemääruse:
Zeneri diood tagab primaarse pinge stabiliseerimise ja neelab ± 10% pinge kõikumisi
LDO regulaator surub Ripple veelgi alla 10 mV
Vastake digitaalsete kiipide, näiteks FPGA toiteallika nõuetele
Pärast selle lahenduse rakendamist teatud 5G AAU -le suurenes ülekandejõu stabiilsus 3DB võrra ja katvusraadius suurenes 8%.
3. väljundtaseme kaitse: takistab vastuvoolu
Lahendus: Oringi kontroller+MOS -transistor
Koondatud toitesüsteemides kasutatakse järgmisi meetodeid:
Schottky diood saavutab primaarse isolatsiooni
N {+1 ülearune toiteallika õmblusteta lülitamine MOS -transistori abil
Lülitusaeg vähenes 10 ms -lt 50 μ s -ni
Pärast selle lahenduse rakendamist teatud andmekeskuses eemaldati täielikult energiakatkestuse õnnetus, mis oli põhjustatud salvestusmassiivi energialülitamisest täielikult.
3, tööstuse praktika: tüüpilised stsenaariumilahendused
1. tugijaama toiteallika optimeerimine
Kaugpõhise jaamade ebastabiilse toiteallika probleemi lahendamiseks võetakse kasutusele hübriidtoiteallika süsteem "päikeseenergia+aku+intelligentne pingeregulaator":
Pingeregulaatori valik: sisendvahemik 180-520VAC, väljundi täpsus ± 0,5%
MOS -i konfiguratsioon: aku laadimiseks kasutatakse NMO -sid, PMO -sid kasutatakse koormuse toitevahetamiseks
Kontrollistrateegia: rakendage pingeregulaatori ja BMS -i vahelise seose kontrolli CAN Bus'i kaudu
Pärast selle lahenduse rakendamist kõrgele - kõrguse tugijaamale, vähenes iga -aastase energiakatkestuse kestus 72 tunnilt 3 tunnile ja võrgu kättesaadavus kasvas 99,99%-ni.
2. andmekeskuse arhitektuuri uuendamine
Kõrge - tiheduskappide toiteallika väljakutsete lahendamiseks võetakse kasutusele modulaarse võimsuse arhitektuur:
Iga toitemoodul toetab kuuma vahetust ja ühe mooduli rike ei mõjuta süsteemi toimimist
MOS Transistor saavutab automaatse voolu jagamise 4 sisendvõimsusest, koormuse tasakaalustamise aste on ± 2%
Arukas seire: pinge, voolu ja temperatuuri parameetrite reaalajas omandamine läbi i2c siini
Pärast selle lahenduse rakendamist suures - skaala andmekeskuses vähenes pue väärtus 1,6 -lt 1,3 -le ja aastane energiasääst ulatus 12 miljoni kWh.
3. optilise mooduli liidese kaitse
400G optiliste moodulite ESD tundlikkuse küsimuse jaoks võetakse kasutusele kolm - taseme kaitse:
1. tase: TVS -diood neelab ± 15kV kontakti tühjenemist
Teine tase: Zeneri diood piirab ülepinget 5,6 V
3. tase: RC filtreerimisvõrk välistab kõrge - sageduse häired
Teatud seadmete tootja katseandmed näitavad, et see lahendus vähendab optilise mooduli ESD tõrke kiirust 3% -lt 0,02% -ni.
4, tehnoloogiline evolutsioon: kaitseinnovatsioon 6G jaoks
Millimeetri lainekommunikatsiooni, Terahertzi kommunikatsiooni ja muude tehnoloogiate populariseerimisega 6G ajastul seisavad toiteallikate silmitsi kõrgemate väljakutsetega:
Ultra madala müravajadus: võimsuse pulsatsioon tuleb suruda μ V tasemele, et vastata faasitava massiivi radari faasi täpsuse nõuetele
Dünaamiline reageerimise parandamine: reageerimise aeg tuleb lühendada μ S tasemele, et kohaneda kiirte vormingust põhjustatud võimsuse mutatsiooniga
Tõhus energia muundamine: lüliti sagedus suurenes MHz tasemele, vähendades passiivsete komponentide mahtu
Praegused uurimistöö levialad hõlmavad järgmist:
Galliumnitriidi (GAN) kaitseseadmed: vahetamise sagedus kuni 10MHz, efektiivsus üle 95%
Magnet integratsioonitehnoloogia: induktorite integreerimine trafodega, vähendades mahtu 40%
Digitaalne kaitsekontroll: DSP kaudu saavutatud adaptiivne parameetrite kohandamine
5, rakendamise soovitus: täielik elutsükli juhtimine valimisest ja hooldusele
Komponentide valikukriteeriumid:
TVS Diood: valige VC/VBR -ga seadmed<1.3 and Ipp>10ka
MOS -transistor: RDS (ON)<5m Ω Vgs(th)<2V,Ciss<1nF
Zeneri diood: temperatuuri koefitsient<-2mV/℃, dynamic resistance<10 Ω
Süsteemi kujundamise peamised punktid:
Järgige "klassifitseeritud kaitse" põhimõtet, et vältida liigset survet ühetasandilisele kaitsele
Reserveerige tulevaste laienemisvajaduste rahuldamiseks 20% võimsusmarginaali
Hajutatud toiteallikaarhitektuuri vastuvõtmine, et vähendada pikka - kaugkandekaod
Töö- ja hooldusjuhtimisstandardid:
Kaitse täpsuse kontrollimiseks kvartaalne koormuse testimine
Mahu lagunemise vältimiseks asendage igal aastal elektrolüütilised kondensaatorid
Rikete ennustamise saavutamiseks looge toiteallika kvaliteedi andmebaas
https://www.trrsemicon.com/transistor/transistor/nren {2 }channellu