La caduta di tensione in avanti dei diodi ha un impatto significativo sull'alimentazione di comunicazione?

一, l'essenza fisica della caduta di tensione in avanti e la particolarità degli scenari di comunicazione
La caduta di tensione in avanti di un diodo è dovuta al processo di indebolimento del - costruito in campo elettrico nella giunzione PN. Quando la tensione di bias in avanti supera la soglia (circa 0,6-0,8 V per tubi di silicio e circa 0,2-0,3 V per tubi di germanio), la diffusione del vettore forma una corrente, ma allo stesso tempo, si verifica una caduta di tensione irreversibile a causa dell'effetto di resistenza. Questa caratteristica presenta una doppia contraddizione nell'alimentazione di comunicazione:
Sensibilità agli scenari a bassa tensione: i moderni dispositivi di comunicazione usano comunemente tensioni di alimentazione di 3,3 V, 1,8 V o addirittura inferiori. La caduta di tensione dei diodi di silicio a 0,7 V rappresenta fino al 21% - 39%, portando direttamente a una scogliera come una riduzione dell'efficienza di conversione della potenza. Ad esempio, nel modulo di conversione DC-DC di un alimentatore di comunicazione a 48 V, se vengono utilizzati diodi tradizionali del raddrizzatore di silicio, solo il collegamento di rettifica secondaria può perdere 1,4 V, riducendo l'efficienza complessiva di quasi 3 punti percentuali.
La sfida di integrità dei segnali di frequenza alti -: in applicazioni di frequenza - elevate come le stazioni di base 5G, la distorsione non lineare causata dalla caduta di tensione del diodo può interrompere la coerenza della fase dei segnali di aggregazione del vettore. I dati sperimentali mostrano che quando la fluttuazione della corrente in avanti supera il 20% del valore nominale, la caduta di tensione del diodo di silicio può cambiare fino a 0,15 V, che è sufficiente per causare l'EVM (ampiezza del vettore di errore) del segnale OFDM per deteriorare di oltre 3DB.
2, impatto multidimensionale della caduta di tensione in avanti sul sistema di alimentazione della comunicazione
1. Analisi quantitativa della perdita di efficienza
Prendendo un determinato modulo di potenza di comunicazione 48V/12V come esempio, viene utilizzato il diodo in silicio in4007 (VF)=0.7 V@1A) quando il circuito del raddrizzatore è completamente caricato a 10a, la sola perdita del diodo raggiunge 7 W, raggiungendo il 35% della perdita totale del modulo. Se viene utilizzato il diodo Schottky (VF)=0.3 V@1A) la perdita può essere ridotta a 3W e ​​l'efficienza può essere migliorata di 2,2 punti percentuali. Per i data center che consumano oltre un milione di chilowatt di elettricità ogni anno, questo miglioramento può salvare centinaia di migliaia di yuan in bollette di elettricità ogni anno.
2. L'impatto critico dell'integrità del segnale
Nel circuito di polarizzazione del PD (fotoDetettore) nella comunicazione in fibra ottica, la caratteristica della deriva della temperatura della caduta di tensione del diodo può causare problemi fatali. La caduta di tensione dei diodi di silicio diminuisce ad una velocità di -2,2 mV/ grado con l'aumentare della temperatura. Nell'intervallo di temperatura industriale di -40 gradi a +85, la caduta di tensione cambia di 0,28 V. Se non viene utilizzato la progettazione di compensazione della temperatura, provocherà la deviazione della tensione di bias di PD dal punto operativo ottimale, con conseguente riduzione di oltre 1dB nella ricezione della sensibilità e accorciando direttamente la distanza di trasmissione di diversi chilometri.
3. Rischi di affidabilità a lungo termine
Il surriscaldamento locale causato dalla caduta di tensione positiva è una delle principali cause di insufficienza di corrente di comunicazione. I test hanno dimostrato che, sotto una corrente di 10a, la temperatura di giunzione dei diodi di silicio può raggiungere i 125 gradi (temperatura ambiente di 40 gradi), superando la temperatura di giunzione massima. L'operazione di temperatura - a lungo termine accelererà la migrazione e l'elettromigrazione del metallo, portando a un aumento più di dieci volte della corrente di perdita di diodi e, in definitiva, causerà errori di circuito - corti. Secondo le statistiche di un determinato operatore, il tasso di riparazione dei moduli di alimentazione causati dalla selezione impropria dei diodi è alto fino al 18%, di cui il 70% è direttamente correlato ai guasti termici correlati alla caduta di tensione.
3, Strategie di ottimizzazione e casi pratici di sistema di alimentazione della comunicazione
1. Selezione innovativa di materiali e dispositivi
Diodo Schottky: con una caduta a bassa tensione ultra - di 0,15 - 0.45V, è diventata la scelta preferita per alimentatori di comunicazione a bassa tensione. Ad esempio, nell'alimentazione della stazione base LTE, viene utilizzato il diodo MBR2045CT Schottky (VF)=0.38 V@2A), l'efficienza di rettifica è aumentata dall'88% al 92%.
Tecnologia di rettifica sincrona: sostituzione di diodi tradizionali con MOSFET per ottenere una bassa resistenza di M ω. Un certo tipo di alimentazione della stazione di micro base 5G adotta uno schema di rettifica sincrono controllato da LTC4359, con una caduta di tensione di soli 56 mV a corrente 3A e un'efficienza superiore al 96%.
Dispositivi di banda di banda larga SIC/GAN: Sic Schottky diodes (VF) in alto - tensione e alti - scenari di potenza=1.2 v@10a) mostra una caduta di tensione inferiore del 50% e una frequenza di commutazione 3 volte superiore rispetto ai dispositivi di silicone, e è stato applicato in alti {6} Alimentatore del ripetitore di cavi sottomarini.
2. Compensazione fine per il design del circuito
Rete di compensazione della temperatura: regola dinamicamente la corrente di distorsione del diodo attraverso una combinazione di resistenza del divisore termistore e tensione. In un certo tipo di dispositivo OTN, questa tecnologia riduce la fluttuazione della tensione di bias di PD a meno di 0,05 V nell'intero intervallo di temperatura e migliora la stabilità della ricezione della sensibilità di 0,3 dB.
Tecnologia di bilanciamento delle gocce di tensione multi -livello: in circuiti di rettifica a tensione a più livelli, viene utilizzato un array di diodi a cascata in combinazione con una resistenza di condivisione di corrente per controllare la differenza di caduta di tensione tra ciascun diodo entro il 5%. Dopo aver adottato questo schema, l'attuale squilibrio di un certo tipo di alimentazione di comunicazione a 400 V è diminuita dal 15% al ​​3% e la durata della vita è stata estesa di tre volte.
3. Grovoni innovative nell'architettura del sistema
Architettura di alimentazione senza diode: nel sistema di alimentazione di backup del data center, viene adottata una soluzione che utilizza supercapacitori e convertitori DC DC -}} per eliminare completamente le perdite di caduta di tensione del diodo. I test effettivi mostrano che l'efficienza di conversione energetica di questa architettura in un sistema a 48 V raggiunge il 98,5%, che è 6 punti percentuali superiori alla soluzione tradizionale.
Chip di gestione delle gocce di tensione intelligente: un IC dedicato che integra il monitoraggio delle cadute di tensione e le funzioni di regolazione dinamica, come TPS2419 di Ti, può rilevare la corrente di carico in tempo reale e regolare la tensione dell'unità gate, in modo che la caduta di tensione del MOSFET di rettifica sincrona sia sempre mantenuta al valore ottimale. In un certo tipo di alimentazione del server AI, questa tecnologia migliora l'efficienza del carico leggero dell'8% e l'efficienza a piena carico del 2%.