Jak krytyczny jest odwrotny czas odzyskiwania diod w aplikacjach komunikacyjnych?

1, fizyczna esencja i mechanizm awarii odwrotnego czasu regeneracji
Fizyczny proces efektu przechowywania ładowania
Gdy dioda przełącza się ze stanu przewodzenia do przodu na stan odcięcia do tyłu, nośniki mniejszościowe (otwory i elektrony) przechowywane po obu stronach połączenia PN muszą zostać wyczyszczone poprzez rekombinację lub dryf. Biorąc na przykład diody -, podczas prowadzenia w kierunku do przodu, gęstość otworu przechowywana w regionie P może osiągnąć 10 ¹⁶/cm ³. Te przewoźnicy muszą przejść czas przechowywania (t ₁), czas osiadania (t ₂) i czas pobudki (t ∝) pod napięciem odwrotnym, aby całkowicie zniknąć. Rzeczywiste dane testowe pokazują, że zwykłe diody połączenia PN mogą osiągnąć czas odzyskiwania do tyłu do 200ns w prądu do przodu 10A, co powoduje przejściowy skok napięcia 1,5 V podczas procesu przełączania.
Tryby awarii w scenariusze częstotliwości o wysokiej -
W scenariuszach komunikacyjnych powyżej 100 MHz długi czas powrotu do odwrotnego odzyskiwania spowoduje wiele awarii:
Wpływ strat przełącznika: Utrata energii podczas odwrotnego odzyskiwania jest proporcjonalna do TRR. Przykładając obwód sterownika GAN HEMT jako przykład, na każdy wzrost TRR 10NS, utrata przełączania wzrasta o 15%.
Porozumienie zakłóceń elektromagnetycznych (EMI): szybko zmieniający się DI/DT (szybkość zmiany prądu) generuje hałas częstotliwościowy -. Rzeczywiste testowanie pokazuje, że widmo EMI diody TRR =100 NS przekracza standardowy limit CISPR 32 o 12dB w zakresie 100 mHz-1Ghz po zmianie.
Akumulacja naprężenia termicznego: Utrata mocy podczas procesu odzyskiwania odwrotnego jest przekształcana w energię cieplną, co powoduje wzrost temperatury połączenia. Pewna test modułu komunikacyjnego pokazuje, że temperatura połączenia diody z TRR =150 ns jest o 25 stopni wyższa niż urządzenie TRR =50 ns po ciągłej pracy przez 1 godzinę.
2, Wpływ odwrotnego czasu regeneracji na wydajność komunikacji
Ograniczenia wydajności konwersji mocy
W konwerterach DC - DC czas odwrotnego odzyskiwania wpływa bezpośrednio na wydajność. Przyjmując obwód bucka jako przykład, gdy napięcie wejściowe wynosi 48 V, a prąd wyjściowy wynosi 10a:
Wydajność diody Schottky z TRR =50 ns może osiągnąć 95%
Wydajność zwykłej diody z TRR =200 ns wynosi tylko 88%
Wyzwanie integralności sygnału
W wysokiej - Komunikacja cyfrowa prędkość, przewyższenie napięcia i dzwonienie spowodowane przez odwrotny czas odzyskiwania może pogorszyć jakość schematu oczu. Przyjmując interfejs PCIE 5.0 jako przykład, przy użyciu diody TRR =80 NS, zamknięcie oka jest zmniejszone o 30%, a poziom błędu bitowego (BER) wzrasta z 10 ⁻¹ ² do 10 ⁻⁹. Dane symulacyjne pokazują, że dla każdego wzrostu TRR 10NS czas wzrostu sygnału jest wydłużony o 50 K, co powoduje spadek marginesu czasu.
Ryzyko niezawodności systemu
Długoterminowa wysoka - Operacja temperatury przyspieszy starzenie się diod. Test sprzętu do komunikacji satelitarnej wykazał, że dioda z TRR =120 NS ma żywotność tylko 1/5 urządzenia TRR =30 ns w temperaturze otoczenia 125 stopni. Analiza awarii pokazuje, że naprężenie termiczne prowadzące do rozwarstwiania warstwy metalizacji i oderwania drutu wiązania są głównymi trybami awarii.
3, Strategia optymalizacji dla odwrotnego czasu odzyskiwania
Innowacje w materiałach i urządzeniach
Szerokie półprzewodnik Bandgap: TRR diody SIC Schottky może wynosić tak niski jak 10NS, a prąd nieszczelności odwrotnego wynosi tylko 0,1 μ A o 200 stopnie. Cree Company SIC SBD 1200V zmniejsza TRR o 70% w porównaniu z urządzeniami SI przy prądu 10A.
Technologia domieszkowania złota: Przedstawiając złoto jako centrum kompozytowe, żywotność nośnika można skrócić z 1 μl do 10NS. Dioda szybkiego odzyskiwania Infineona przyjmuje tę technologię, z TRR 35NS.
Optymalizacja struktury pinu: Zmniejszenie szerokości regionu Mogę obniżyć pojemność magazynowania ładunku. Dioda ultra szybkiego odzyskiwania Rohm została zaprojektowana z regionem 0,5 μm -, zmniejszając TRR do 25ns.
Optymalizacja projektowania obwodu
Technologia przełączania miękkiego: Przełączanie napięcia zerowego (ZVS) może wyeliminować skoki napięcia podczas odzyskiwania wstecznego. Rzeczywiste testy pokazują, że technologia ZVS zmniejsza wpływ diody TRR o 60%.
Synchroniczna rektyfikacja: Zastąpienie diod MOSFET może całkowicie wyeliminować TRR. Synchroniczny kontroler rektyfikacji LM5164 TI osiąga wydajność 96% przy częstotliwości przełączania 1 MHz.
Supresja parametrów pasożytniczych: Za pomocą technologii pakowania 3D indukcyjność ołowiu jest zmniejszona z 5H do 1NH, zwiększając DI/dt z 50A/NS do 250A/NS i skracanie TRR.
Zarządzanie termicznie na poziomie systemu
Mikrokanałowe chłodzenie cieczy: Stacje podstawowe Huawei używają krzemowych płytek chłodzących ciecz w płynie -, które zmniejszają temperaturę złącza diodowego z 150 stopni do 110 stopni i skracają TRR o 20%.
Zmiana fazowa rozpraszanie ciepła: Materiał zmiany fazy opartej na parafinie opracowany przez ZTE Corporation może wchłonąć 800 J ciepła w punkcie zmiany fazowej 120 stopni, opóźniając degradację TRR o temperaturze.
https://www.trrsemicon.com/transistor/smd {2} }general ((3} }purpose (4} }Transistors ((5} }bc817-25.html