¿La caída de voltaje de los diodos de voltaje hacia adelante tiene un impacto significativo en la fuente de alimentación de la comunicación?

一, la esencia física de la caída de voltaje hacia adelante y la particularidad de los escenarios de comunicación
La caída de voltaje hacia adelante de un diodo se debe al proceso de debilitamiento del construido - en el campo eléctrico en la unión PN. Cuando el voltaje de polarización hacia adelante excede el umbral (aproximadamente 0.6-0.8V para tubos de silicio y aproximadamente 0.2-0.3V para tubos de germanio), la difusión del portador forma una corriente, pero al mismo tiempo, la caída de voltaje irreversible ocurre debido al efecto de resistencia. Esta característica presenta una doble contradicción en la fuente de alimentación de comunicación:
Sensibilidad a escenarios de bajo voltaje: los dispositivos de comunicación modernos comúnmente utilizan voltajes de suministro de 3.3V, 1.8V o incluso más bajos. La caída de voltaje de los diodos de silicio a 0.7V representa hasta un 21% - 39%, lo que lleva directamente a una disminución como una disminución en la eficiencia de conversión de potencia. Por ejemplo, en el módulo de conversión DC-DC de una fuente de alimentación de comunicación de 48 V, si se utilizan diodos de rectificador de silicio tradicional, solo el enlace de rectificación secundaria puede perder 1,4 V, reduciendo la eficiencia general en casi 3 puntos porcentuales.
El desafío de integridad de las altas señales de frecuencia -: en alta -} aplicaciones de frecuencia, como estaciones base 5G, la distorsión no lineal causada por la caída de voltaje de diodo puede interrumpir la consistencia de fase de las señales de agregación de portadores. Los datos experimentales muestran que cuando la fluctuación de la corriente hacia adelante excede el 20% del valor nominal, la caída de voltaje del diodo de silicio puede cambiar hasta 0.15 V, lo que es suficiente para causar la EVM (amplitud del vector de error) de la señal OFDM para deteriorarse en más de 3DB.
2, Impacto multidimensional de la caída de voltaje hacia adelante en el sistema de fuente de alimentación de comunicación
1. Análisis cuantitativo de pérdida de eficiencia
Tomando un cierto módulo de potencia de comunicación de 48V/12V como ejemplo, se usa diodo de silicio en 4007 (VF)=0.7 v@1a) Cuando el circuito rectificador está completamente cargado a 10a, la pérdida de diodo solo alcanza 7W, lo que representa el 35% de la pérdida total del módulo. Si el diodo Schottky (VF) se usa en su lugar=0.3 v@1a), la pérdida puede reducirse a 3W, y la eficiencia puede mejorarse en 2.2 puntos porcentuales. Para los centros de datos que consumen más de un millón de horas de electricidad anualmente, esta mejora puede ahorrar cientos de miles de yuanes en facturas de electricidad cada año.
2. El impacto crítico de la integridad de la señal
En el circuito de sesgo de PD (fotodetector) en la comunicación de fibra óptica, la característica de deriva de temperatura de la caída del voltaje del diodo puede causar problemas fatales. La caída de voltaje de los diodos de silicio disminuye a una velocidad de -2.2 mV/ grado al aumentar la temperatura. Dentro del rango de temperatura industrial de -40 grados a +85 grado, la caída de voltaje cambia en 0.28V. Si no se utiliza el diseño de compensación de temperatura, hará que el voltaje de polarización de PD se desvíe del punto de operación óptimo, lo que resulta en una disminución de más de 1dB para recibir sensibilidad y acortar directamente la distancia de transmisión en varios kilómetros.
3. Riesgos de confiabilidad a largo plazo
El sobrecalentamiento local causado por la caída de voltaje positivo es una de las principales causas de falla de energía de comunicación. Las pruebas han demostrado que bajo una corriente de 10a, la temperatura de unión de los diodos de silicio puede alcanzar 125 grados (temperatura ambiente de 40 grados), excediendo su temperatura de unión nominal máxima. La operación de temperatura a largo plazo alto - acelerará la migración y la electromigración del metal, lo que llevará a un aumento de más de diez veces en la corriente de fuga de diodos y, en última instancia, causa fallas de circuito -} cortas. Según las estadísticas de un determinado operador, la tasa de reparación de módulos de potencia causados ​​por una selección de diodos inadecuada es tan alta como 18%, de los cuales el 70% está directamente relacionada con las fallas térmicas relacionadas con la caída de voltaje.
3, Estrategias de optimización y casos prácticos del sistema de suministro de energía de comunicación
1. Selección innovadora de materiales y dispositivos
Diodo Schottky: con un ultra - caída de bajo voltaje de 0.15 - 0.45V, se ha convertido en la opción preferida para las fuentes de alimentación de comunicación de bajo voltaje. Por ejemplo, en la fuente de alimentación de la estación base LTE, se usa el diodo Schottky MBR2045CT (VF)=0.38 v@2a) después, la eficiencia de rectificación aumentó del 88% al 92%.
Tecnología de rectificación sincrónica: reemplazo de diodos tradicionales con MOSFET para lograr una resistencia baja de M Ω. Un cierto tipo de fuente de alimentación de la estación de base micro 5G adopta un esquema de rectificación sincrónica controlado por LTC4359, con una caída de voltaje de solo 56 mV a 3A de corriente y una eficiencia superior al 96%.
Dispositivos de bandgap de amplio sic/gan sic/gan: sic schottky diodos (vf) en alto - voltaje y alto - escenarios de potencia=1.2} v@10a) se exhibe una caída de voltaje 50% más baja y una frecuencia de conmutación 3 veces más alta que los devisiones de silicón, y se ha aplicado en alto Fuente de alimentación del repetidor.
2. Compensación fina para el diseño de circuitos
Red de compensación de temperatura: ajusta dinámicamente la corriente de sesgo de diodo a través de una combinación de resistencia de divisor de termistor y voltaje. En un cierto tipo de dispositivo OTN, esta tecnología reduce la fluctuación del voltaje de polarización de PD a menos de 0.05V en todo el rango de temperatura, y mejora la estabilidad de recibir sensibilidad en 0.3dB.
Tecnología de equilibrio de caída de voltaje de nivel múltiple: en circuitos de rectificación de voltaje de alto - de voltaje, se usa una matriz de diodos en cascada junto con una resistencia compartida de corriente para controlar la diferencia de caída de voltaje entre cada diodo dentro del 5%. Después de adoptar este esquema, el desequilibrio actual de un cierto tipo de fuente de alimentación de comunicación de 400 V disminuyó del 15% al ​​3%, y la vida útil se extendió tres veces.
3. Avances innovadores en la arquitectura del sistema
Arquitectura de fuente de alimentación libre de diodos: en el sistema de fuente de alimentación de respaldo del centro de datos, una solución que utiliza supercondensadores y los convertidores DC Bidireccionales DC - DC se adopta para eliminar completamente las pérdidas de caída de voltaje de diodos. Las pruebas reales muestran que la eficiencia de conversión de energía de esta arquitectura en un sistema de 48V alcanza el 98.5%, que es 6 puntos porcentuales más alta que la solución tradicional.
Chip de gestión de caída de voltaje inteligente: un IC dedicado que integra las funciones de monitoreo de caída de voltaje y ajuste dinámico, como TPS2419 de TI, puede detectar la corriente de carga en tiempo real y ajustar el voltaje de la unidad de compuerta, de modo que la caída de voltaje de la rectificación sincrónica MOSFET siempre se mantiene al valor óptimo. En un cierto tipo de fuente de alimentación del servidor AI, esta tecnología mejora la eficiencia de la carga de la luz en un 8% y la eficiencia de carga total en un 2%.