La baisse de tension directe des diodes a-t-elle un impact significatif sur l'alimentation de la communication?

一, l'essence physique de la chute de tension directe et la particularité des scénarios de communication
La goutte de tension directe d'une diode est due au processus d'affaiblissement de la - construite dans le champ électrique dans la jonction PN. Lorsque la tension de polarisation directe dépasse le seuil (environ 0,6-0,8 V pour les tubes en silicium et environ 0,2-0,3 V pour les tubes de germanium), la diffusion de porteuse forme un courant, mais en même temps, une chute de tension irréversible se produit en raison de l'effet de résistance. Cette caractéristique présente une double contradiction dans l'alimentation électrique de la communication:
Sensibilité aux scénarios à basse tension: les dispositifs de communication modernes utilisent généralement des tensions d'alimentation de 3,3 V, 1,8 V ou même plus bas. La chute de tension des diodes de silicium à 0,7 V représente jusqu'à 21% - 39%, conduisant directement à une diminution de l'efficacité de conversion de puissance. Par exemple, dans le module de conversion DC-DC d'une alimentation de communication 48V, si des diodes de redresseur de silicium traditionnelles sont utilisées, seul le lien de rectification secondaire peut perdre 1,4 V, réduisant l'efficacité globale de près de 3 points de pourcentage.
Le défi d'intégrité des signaux de fréquence - élevés: dans les applications de fréquence - élevées telles que les stations de base 5G, la distorsion non linéaire causée par la chute de tension de diode peut perturber la cohérence de phase des signaux d'agrégation porteuse. Les données expérimentales montrent que lorsque la fluctuation du courant vers l'avant dépasse 20% de la valeur nominale, la chute de tension de la diode de silicium peut changer jusqu'à 0,15 V, ce qui est suffisant pour provoquer la détérioration de l'EVM (amplitude vectorielle d'erreur) du signal OFDM à plus de 3 db.
2, impact multidimensionnel de la chute de tension directe sur le système d'alimentation de communication
1. Analyse quantitative de la perte d'efficacité
Prenant un certain module de puissance de communication 48 V / 12V à titre d'exemple, la diode de silicium IN4007 (VF) est utilisée=0.7 v @ 1A) Lorsque le circuit du redresseur est entièrement chargé à 10A, la perte de diode seule atteint 7W, représentant 35% de la perte totale du module. Si la diode Schottky (VF) est utilisée à la place=0.3 v @ 1A), la perte peut être réduite à 3W, et l'efficacité peut être améliorée de 2,2 points de pourcentage. Pour les centres de données qui consomment plus d'un million de kilowattheures d'électricité par an, cette amélioration peut permettre à des centaines de milliers de yuans de factures d'électricité chaque année.
2. L'impact critique de l'intégrité du signal
Dans le circuit de polarisation de la PD (photodétector) dans la communication à fibre optique, la caractéristique de la dérive de température de la chute de tension de diode peut provoquer des problèmes mortels. La chute de tension des diodes de silicium diminue à un taux de -2,2 mV / degré avec l'augmentation de la température. Dans la plage de température industrielle de -40 degrés à +85, la chute de tension change de 0,28 V. Si la conception de la compensation de température n'est pas utilisée, elle entraînera l'écart de la tension de biais PD du point de fonctionnement optimal, entraînant une diminution de plus de 1 dB pour recevoir une sensibilité et raccourcir directement la distance de transmission de plusieurs kilomètres.
3. Risques de fiabilité à long terme
La surchauffe locale provoquée par une chute de tension positive est l'une des principales causes de défaillance de puissance de communication. Les tests ont montré que sous un courant de 10A, la température de jonction des diodes de silicium peut atteindre 125 degrés (température ambiante de 40 degrés), dépassant leur température de jonction nominale maximale. Le fonctionnement à long terme de la température - accélérera la migration et l'électromigration des métaux, conduisant à une augmentation plus de dix du courant de fuite des diodes et provoquant finalement des défauts de circuit court -. Selon les statistiques d'un certain opérateur, le taux de réparation des modules de puissance causée par une mauvaise sélection de diodes est jusqu'à 18%, dont 70% sont directement liés aux défaillances thermiques liées à la chute de tension.
3, stratégies d'optimisation et cas pratiques de système d'alimentation de communication
1. Sélection innovante de matériaux et d'appareils
Diode Schottky: Avec une chute de basse tension ultra - de 0,15 - 0,45V, il est devenu le choix préféré des alimentations de communication à basse tension. Par exemple, dans l'alimentation de la station de base LTE, la diode MBR2045CT Schottky (VF) est utilisée=0.38 v @ 2a) Ensuite, l'efficacité de rectification est passée de 88% à 92%.
Technologie de rectification synchrone: Remplacement des diodes traditionnelles par des MOSFET pour obtenir une faible résistance de M ω. Un certain type d'alimentation électrique de la station de micro-base 5G adopte un schéma de rectification synchrone contrôlé par LTC4359, avec une baisse de tension de seulement 56 mV à un courant de 3A et une efficacité supérieure à 96%.
Dispositifs de bande interdite larges / gan: Diodes SIC Schottky (VF) en tension élevée - et scénarios de puissance élevés -=1.2 v @ 10a) Il présente une chute de tension inférieure de 50% et une fréquence de commutation 3 fois plus élevée que les dispositifs de silicium, et ont été appliqués dans une haute tension et 3 fois plus de fréquence de commutation que les appareils siliciums, et ont été appliqués en haute {{6}. Alimentation du répéteur de câble.
2. Compensation fine pour la conception de circuits
Réseau de compensation de température: Ajuste dynamiquement le courant de biais de diode à travers une combinaison de thermistance et une résistance de diviseur de tension. Dans un certain type de dispositif OTN, cette technologie réduit la fluctuation de la tension de biais PD à moins de 0,05 V sur toute la plage de température et améliore la stabilité de la sensibilité de la réception de 0,3 dB.
Techance d'équilibrage de la tension multi-niveaux: Dans les circuits de redresseur élevés -, un réseau de diodes en cascade est utilisé en conjonction avec une résistance de partage de courant pour contrôler la différence de chute de tension entre chaque diode à moins de 5%. Après avoir adopté ce schéma, le déséquilibre actuel d'un certain type d'alimentation de communication de 400 V a diminué de 15% à 3%, et la durée de vie a été prolongée de trois fois.
3. Perouilles innovantes dans l'architecture du système
Architecture d'alimentation libre de diodes: dans le système d'alimentation de sauvegarde du centre de données, une solution utilisant des supercondensateurs et des convertisseurs DC bidirectionnels - sont adoptés pour éliminer complètement les pertes de chute de tension de diode. Les tests réels montrent que l'efficacité de conversion d'énergie de cette architecture dans un système 48V atteint 98,5%, soit 6 points de pourcentage plus élevés que la solution traditionnelle.
Chip de gestion de la chute de tension intelligente: un CI dédié qui intègre les fonctions de surveillance des chutes de tension et de réglage dynamique, telles que TPS2419 de TI, peut détecter le courant de charge en temps réel et ajuster la tension d'entraînement de la porte, de sorte que la chute de tension du MOSFET de rectification synchrone est toujours maintenue à la valeur optimale. Dans un certain type d'alimentation du serveur d'IA, cette technologie améliore l'efficacité de la charge légère de 8% et une efficacité de charge complète de 2%.