Ali kapljica diod naprej močno vpliva na napajanje komunikacijske napajanja?

一, fizično bistvo padca napetosti naprej in posebnost komunikacijskih scenarijev
Kapljica napetosti diode naprej je posledica procesa oslabitve vgrajenega - v električnem polju v PN Junction. Kadar napetost pristranske pristranskosti preseže prag (približno 0,6-0,8 V za silicijeve cevi in ​​približno 0,2-0,3 V za germanijeve cevi), nosilna difuzija tvori tok, hkrati pa se zaradi učinka odpornosti pojavi nepopravljiv padec napetosti. Ta značilnost predstavlja dvojno protislovje v oskrbi s komunikacijo:
Občutljivost na scenarije nizke napetosti: sodobne komunikacijske naprave običajno uporabljajo napačne napetosti 3,3 V, 1,8 V ali celo nižje. Napetostna kapljica silicijevih diod pri 0,7 V predstavlja kar 21% - 39%, kar neposredno vodi do pečine, kot je zmanjšanje učinkovitosti pretvorbe moči. Na primer, v pretvorbenem modulu DC-DC za 48V komunikacijski napajalnik, če se uporabljajo tradicionalne silicijeve diode usmernikov, lahko samo sekundarna povezava za usmerjanje izgubi 1,4 V, kar zmanjša skupno učinkovitost za skoraj 3 odstotne točke.
Izziv integritete visokih - frekvenčnih signalov: v visoko - frekvenčnih aplikacijah, kot so osnovne postaje 5G, lahko nelinearno izkrivljanje, ki ga povzroča padec napetosti diode, moti fazno konsistenco signalov nosilca agregacije. Eksperimentalni podatki kažejo, da se nihanje toka naprej presega 20% nazivne vrednosti, se lahko napetostni padec silicijeve diode spremeni za do 0,15 V, kar je dovolj, da povzroči EVM (vektorsko amplitudo napake) signala OFDM, da se poslabša za več kot 3DB.
2, Večdimenzionalni vpliv padca napetosti naprej na sistem za napajanje komunikacije
1. kvantitativna analiza izgube učinkovitosti
Kot primer jemljemo določen modul za komunikacijo 48V/12V, se uporabi silicijeva dioda IN4007 (VF)=0.7 v@1A), ko je usmerni vezje v celoti naloženo pri 10A, izguba diode doseže samo 7W, kar predstavlja 35% celotne izgube modula. Če se namesto tega uporabi Schottky Diode (VF)=0.3 v@1A), se lahko izguba zmanjša na 3W, učinkovitost pa lahko izboljša za 2,2 odstotne točke. Za podatkovne centre, ki letno porabijo več kot milijon kilovatnih ur električne energije, lahko to izboljšanje vsako leto prihrani sto tisoč juanov v računih za elektriko.
2. Kritični vpliv celovitosti signala
V vezju pristranskosti PD (fotodetektor) v optični komunikaciji vlakna lahko temperaturni premik, značilen za padec napetosti diode, povzroči smrtne težave. Napetostno kapljico silicijevih diod se z naraščajočo temperaturo zmanjša s hitrostjo -2,2mV/ stopinjo. Znotraj industrijskega temperaturnega območja od -40 stopinj do +85 stopinj se padec napetosti spremeni za 0,28V. Če ne bo uporabljena zasnova kompenzacije temperature, bo povzročila, da se napetost pristranskosti PD odstopa od optimalne obratovalne točke, kar ima za posledico zmanjšanje več kot 1 dB pri prejemanju občutljivosti in neposredno skrajšanje razdalje prenosa za več kilometrov.
3. Dolgoročna tveganja za zanesljivost
Lokalno pregrevanje, ki ga povzroča pozitiven padec napetosti, je eden glavnih vzrokov za izpadanje komunikacijske energije. Preskusi so pokazali, da lahko v toku 10A temperatura stika silicijevih diod doseže 125 stopinj (temperatura okolice 40 stopinj), kar presega njihovo najvišjo nazivno temperaturo stika. Dolgoročno visoko - temperaturno delovanje bo pospešilo migracijo kovin in elektromigracijo, kar bo vodilo do več kot desetkratnega povečanja toka puščanja in na koncu povzročil kratke napake - vezja. Glede na statistike določenega operaterja je stopnja popravila modulov, ki jih povzroča nepravilna izbira diode, kar 18%, od tega je 70% neposredno povezano s toplotnimi okvarami, povezanimi s padcem napetosti.
3, Strategije optimizacije in praktični primeri sistema za oskrbo z električno energijo
1. inovativna izbira materialov in naprav
Schottky Diode: Z ultra - nizkonapetostnim padcem 0,15 - 0,45V je postala prednostna izbira za nizkonapetostne komunikacijske napajalnike. Na primer, v napajanju na bazni postaji LTE se uporabi MBR2045CT Schottky Diode (VF)=0.38 v@2A) se je učinkovitost popravljanja povečala z 88% na 92%.
Tehnologija sinhrone popravljanja: zamenjava tradicionalnih diod z MOSFET -ji, da dosežemo nizko odpornost M ω. Določena vrsta napajanja 5G mikro bazne postaje sprejme sinhrono shemo usmerjenosti, ki jo nadzira LTC4359, z padcem napetosti le 56mV pri 3A toku in učinkovitost, ki presega 96%.
SiC/GaN wide bandgap devices: SiC Schottky diodes (Vf) in high-voltage and high-power scenarios= 1.2V@10A )It exhibits a 50% lower voltage drop and 3 times higher switching frequency than silicon devices, and has been applied in high-end fields such as submarine cable napajanje repelaterja.
2. fino nadomestilo za oblikovanje vezja
Temperaturno kompenzacijsko omrežje: dinamično prilagaja tok diode pristranskosti s kombinacijo termistorskega in napetostnega delitvenega upora. V določeni vrsti naprave OTN ta tehnologija zmanjša nihanje napetosti PD pristranskosti na manj kot 0,05 V v celotnem temperaturnem območju in izboljša stabilnost prejema občutljivosti za 0,3 dB.
Tehnologija uravnoteženja padca napetosti na več nivojih: v visokih - napetostnih rektifikacijskih vezjih se v povezavi s kaskadnim diodnim matrikom uporablja v povezavi s trenutnim delitvenim uporom za nadzor razlike v padcu napetosti med vsakim diodo znotraj 5%. Po sprejetju te sheme se je trenutno neravnovesje določene vrste 400V komunikacijskega napajanja zmanjšalo s 15% na 3%, življenjsko dobo pa se je podaljšalo za trikrat.
3. Inovativni preboji v sistemski arhitekturi
Diode brezplačna arhitektura napajanja: V sistemu za varnostno napajanje podatkovnega centra je rešitev, ki uporablja superkondenzatorji in dvosmerni DC - DC pretvorniki, sprejeti za popolno odpravo izgube padca napetosti. Dejansko testiranje kaže, da učinkovitost pretvorbe energije te arhitekture v sistemu 48V doseže 98,5%, kar je 6 odstotnih točk višjih od tradicionalne rešitve.
Inteligentni čip za upravljanje padca napetosti: namenski IC, ki združuje nadzor nad padcem napetosti in dinamične nastavitvene funkcije, kot je TI TPS2419, lahko zazna tok v realnem času in prilagodi napetost pogona vrat, tako da se napetostna kapljica sinhrone rektifikacije MOSFET vedno vzdržuje na optimalni vrednosti. Pri določeni vrsti napajanja strežnika AI ta tehnologija izboljša učinkovitost svetlobe za 8% in popolno učinkovitost obremenitve za 2%.