Quanto è critico il tempo di recupero inverso dei diodi nelle applicazioni di comunicazione?

1, l'essenza fisica e il meccanismo di fallimento del tempo di recupero inverso
Il processo fisico dell'effetto di archiviazione della carica
Quando il diodo passa dallo stato di conduzione in avanti allo stato di taglio invertito, i portatori di minoranza (fori ed elettroni) immagazzinati su entrambi i lati della giunzione PN devono essere eliminati attraverso la ricombinazione o la deriva. Prendendo diodi basati su silicio - come esempio, quando si conduce nella direzione in avanti, la densità del foro immagazzinata nella regione P può raggiungere 10 ¹⁶/cm ³. Questi vettori devono passare attraverso il tempo di archiviazione (T ₁), il tempo di assestamento (T ₂) e il tempo di risveglio (T ∝) sotto tensione inversa per scomparire completamente. I dati di test effettivi mostrano che i diodi di giunzione PN ordinari possono ottenere un tempo di recupero inverso fino a 200 Ns sotto una corrente diretta di 10a, con conseguente picco di tensione transitoria di 1,5 V durante il processo di commutazione.
Modalità di errore in scenari di frequenza alti -
In scenari di comunicazione superiori a 100 MHz, un lungo tempo di recupero inverso causerà più guasti:
Surge in switch perdite: la perdita di energia durante il recupero inverso è proporzionale a TRR. Prendendo come esempio il circuito del driver Gan HEMT, per ogni aumento di 10N di TRR, la perdita di commutazione aumenta del 15%.
Deterioramento dell'interferenza elettromagnetica (EMI): il DI/DT in rapida evoluzione (tasso di variazione della corrente) genera un rumore di frequenza -. Il test effettivo mostra che lo spettro EMI di un diodo TRR =100 NS supera il limite standard CISPR 32 di 12 dB nell'intervallo di 100MHz-1GHz quando viene commutato.
Accumulo di stress termico: la perdita di potenza durante il processo di recupero inverso viene convertita in energia termica, con conseguente aumento della temperatura di giunzione. Un certo test del modulo di comunicazione mostra che la temperatura di giunzione di un diodo con TRR =150 NS è di 25 gradi superiore a quella di un dispositivo TRR =50 ns dopo un funzionamento continuo per 1 ora.
2, l'impatto del tempo di recupero inverso sulle prestazioni della comunicazione
Vincoli sull'efficienza di conversione del potere
In DC - convertitori DC, il tempo di recupero inverso influisce direttamente sull'efficienza. Prendendo il circuito di dollari come esempio, quando la tensione di ingresso è 48 V e la corrente di uscita è 10a:
L'efficienza del diodo Schottky con Trr =50 ns può raggiungere il 95%
L'efficienza di un diodo normale con TRR =200 NS è solo dell'88%
La sfida dell'integrità del segnale
In alto - velocità di comunicazione digitale, il superamento della tensione e lo squillo causato dal tempo di recupero inverso possono deteriorarsi la qualità del diagramma degli occhi. Assumendo l'interfaccia PCIE 5.0 come esempio, quando si utilizza un diodo TRR =80 NS, la chiusura degli occhi è ridotta del 30%e il tasso di errore di bit (BER) aumenta da 10 ⁻¹ ² a 10 ⁻⁹. I dati di simulazione mostrano che per ogni aumento di 10N nel TRR, il tempo di aumento del segnale è esteso di 50P, con conseguente riduzione del margine di temporizzazione.
Rischio di affidabilità del sistema
High a lungo termine - L'operazione di temperatura accelererà l'invecchiamento dei diodi. Un test di apparecchiatura di comunicazione satellitare ha mostrato che il diodo con TRR =120 NS ha una durata di soli 1/5 del dispositivo TRR =30 ns a una temperatura ambiente di 125 gradi. L'analisi del fallimento mostra che lo stress termico che porta alla delaminazione dello strato di metallizzazione e al distacco del filo di legame sono le principali modalità di fallimento.
3, Strategia di ottimizzazione per il tempo di recupero inverso
Innovazione in materiali e dispositivi
Semiconduttore a banda largo: il TRR del diodo SIC Schottky può essere basso di 10NS e la corrente di perdita inversa è solo 0,1 μ A a 200 gradi. SBD SIC da 1200 V della Cree Company riduce il TRR del 70% rispetto ai dispositivi SI alla corrente 10A.
Tecnologia di doping dell'oro: introducendo l'oro come centro composito, la durata del trasporto può essere ridotta da 1 μ s a 10ns. Il diodo di recupero veloce di Infineon adotta questa tecnologia, con un TRR di 35N.
Ottimizzazione della struttura dei pin: riduzione della larghezza della regione I può ridurre la capacità di archiviazione della carica. Il diodo Ultra Fast Recovery di Rohm è progettato con una regione di 0,5 μ mi -, riducendo il TRR a 25NS.
Ottimizzazione del design del circuito
Tecnologia di commutazione soft: la commutazione a tensione zero (ZVS) può eliminare i picchi di tensione durante il recupero inverso. I test effettivi mostrano che la tecnologia ZVS riduce del 60%l'impatto del diodo TRR.
Rettificazione sincrona: la sostituzione di diodi con MOSFET può eliminare completamente il TRR. Il controller di rettifica sincrono LM5164 di TI raggiunge un'efficienza del 96% a una frequenza di commutazione di 1 MHz.
Soppressione dei parassiti parassiti: utilizzando la tecnologia di imballaggio 3D, l'induttanza principale è ridotta da 5NH a 1NH, aumentando di/dt da 50a/ns a 250a/ns e accorciando TRR.
Gestione termica a livello di sistema
Raffreddamento liquido di microcanale: le stazioni di base di Huawei utilizzano le piastre di raffreddamento liquido a microcanale a base di microcanale a base di silicio, che riducono la temperatura di giunzione del diodo da 150 gradi a 110 gradi e abbreviano TRR del 20%.
Cambiamento di fase Dissipazione del calore: il materiale di cambio di fase composito a base di paraffina sviluppato da ZTE Corporation può assorbire 800J di calore a un punto di cambio di fase di 120 gradi, ritardando il degrado della TRR con la temperatura.
https://www.trrsichicon.com/transistor/smd a{{2} >>general ailogio (aperto di zotionario ailizzato aivanato