Quelle est la critique du temps de récupération inversé des diodes dans les applications de communication?

1, l'essence physique et le mécanisme de défaillance du temps de récupération inversé
Le processus physique d'effet de stockage de charge
Lorsque la diode passe de l'état de conduction vers l'avant à l'état de coupure inversé, les porteurs minoritaires (trous et électrons) stockés des deux côtés de la jonction PN doivent être éliminés par recombinaison ou dérive. Prenant des diodes basées sur le silicium - comme exemple, lors de la conduite dans la direction avant, la densité de trou stockée dans la région P peut atteindre 10 ¹⁶ / cm ³. Ces transporteurs doivent passer par le temps de stockage (t ₁), le temps de décantation (t ₂) et le temps de réveil (t ∝) sous tension inverse pour disparaître complètement. Les données de test réelles montrent que les diodes de jonction PN ordinaires peuvent atteindre un temps de récupération inverse allant jusqu'à 200 ns sous un courant vers l'avant de 10A, entraînant une pic de tension transitoire de 1,5 V pendant le processus de commutation.
Modes de défaillance dans des scénarios de fréquence élevés -
Dans les scénarios de communication supérieurs à 100 MHz, un long temps de récupération inverse provoquera plusieurs échecs:
Autorisation des pertes de commutation: La perte d'énergie pendant la récupération inversée est proportionnelle à TRR. Prenant l'exemple du circuit du conducteur Gan HEMT, pour chaque augmentation de 10 ns de TRR, la perte de commutation augmente de 15%.
Détérioration de l'interférence électromagnétique (EMI): le DI / DT à changement rapide (taux de changement de courant) génère un bruit de fréquence élevé -. Les tests réels montrent que le spectre EMI d'une diode TRR =100 ns dépasse la limite standard CISPR 32 de 12 dB dans la plage de 100 MHz-1GHz lorsqu'il est commuté.
Accumulation de contrainte thermique: La perte de puissance pendant le processus de récupération inverse est convertie en énergie thermique, entraînant une augmentation de la température de la jonction. Un certain test de module de communication montre que la température de la jonction d'une diode avec TRR =150 ns est 25 degrés supérieure à celle d'un dispositif TRR =50 ns après un fonctionnement continu pendant 1 heure.
2, l'impact du temps de récupération inversé sur les performances de communication
Contraintes sur l'efficacité de la conversion de puissance
Dans les convertisseurs DC - DC, le temps de récupération inverse affecte directement l'efficacité. Prendre le circuit de buck à titre d'exemple, lorsque la tension d'entrée est de 48 V et que le courant de sortie est 10A:
L'efficacité de la diode Schottky avec TRR =50 ns peut atteindre 95%
L'efficacité d'une diode régulière avec TRR =200 ns n'est que de 88%
Le défi de l'intégrité du signal
Dans une communication numérique élevée -, le dépassement de tension et la sonnerie causés par le temps de récupération inversé peuvent détériorer la qualité du diagramme des yeux. Prenant l'exemple de l'interface PCIe 5.0, lors de l'utilisation d'une diode TRR =80 ns, la fermeture des yeux est réduite de 30% et le taux d'erreur de bit (BER) augmente de 10 ⁻¹ ² à 10 ⁻⁹. Les données de simulation montrent que pour chaque augmentation de 10 ns du TRR, le temps de hausse du signal est prolongé de 50ps, entraînant une diminution de la marge de synchronisation.
Risque de fiabilité du système
Le fonctionnement à long terme de la température - accélérera le vieillissement des diodes. Un test d'équipement de communication par satellite a montré que la diode avec TRR =120 ns a une durée de vie de seulement 1/5 du dispositif TRR =30 ns à une température ambiante de 125 degrés. L'analyse de défaillance montre que la contrainte thermique conduisant à la délamination de la couche de métallisation et au détachement du fil de liaison sont les principaux modes de défaillance.
3, stratégie d'optimisation pour le temps de récupération inversé
Innovation dans les matériaux et les appareils
Semi-conducteur de la bande interdite large: le TRR de la diode SIC Schottky peut être aussi faible que 10NS, et le courant de fuite inverse n'est que de 0,1 μ A à 200 degrés. Le SBD SIC 1200 V de Cree Company réduit le TRR de 70% par rapport aux appareils SI à 10A Current.
Technologie de dopage d'or: En introduisant l'or comme centre composite, la durée de vie du transporteur peut être raccourcie de 1 μ à 10 ns. La diode de récupération rapide d'Infineon adopte cette technologie, avec un TRR de 35 N.
Optimisation de la structure des broches: Réduire la largeur de la région I peut réduire la capacité de stockage de charge. La diode de récupération ultra rapide de Rohm est conçue avec une région de 0,5 μ mi -, réduisant le TRR à 25 ns.
Optimisation de la conception du circuit
Technologie de commutation douce: la commutation de tension zéro (ZVS) peut éliminer les pointes de tension pendant la récupération inversée. Les tests réels montrent que la technologie ZVS réduit l'impact de la diode TRR de 60%.
Rectification synchrone: le remplacement des diodes par des MOSFET peut éliminer complètement le TRR. Le contrôleur de rectification synchrone LM5164 de TI atteint une efficacité de 96% à une fréquence de commutation de 1 MHz.
Suppression des paramètres parasites: En utilisant la technologie d'emballage 3D, l'inductance du plomb est réduite de 5NH à 1NH, augmentant DI / DT de 50A / NS à 250A / NS et raccourcissant le TRR.
Gestion thermique au niveau du système
Croix de liquide de microcanal: Les stations de base de Huawei utilisent des plaques de refroidissement de liquide de microcanal à base de silicium-, ce qui réduit la température de la jonction de diode de 150 degrés à 110 degrés et raccourcir le TRR de 20%.
Dislification de la chaleur du changement de phase: Le matériau de changement de phase composite à base de paraffine développé par ZTE Corporation peut absorber 800J de chaleur à un point de changement de phase de 120 degrés, retardant la dégradation du TRR avec la température.
https://www.trrsemicon.com/transistor/smd{{2} gerygéneral {3} }purpose {4ransistors;