เวลากู้คืนย้อนกลับของไดโอดในแอปพลิเคชันการสื่อสารมีความสำคัญเพียงใด?

1 กลไกสาระสำคัญทางกายภาพและความล้มเหลวของเวลาพักฟื้นย้อนกลับ
กระบวนการทางกายภาพของเอฟเฟกต์การเก็บประจุ
เมื่อไดโอดเปลี่ยนจากสถานะการนำไปข้างหน้าไปเป็นสถานะการตัดย้อนกลับผู้ให้บริการชนกลุ่มน้อย (หลุมและอิเล็กตรอน) ที่เก็บไว้ทั้งสองด้านของทางแยก PN จะต้องถูกล้างผ่านการรวมตัวกันใหม่หรือดริฟท์ การใช้ซิลิกอน - ไดโอดที่ใช้เป็นตัวอย่างเมื่อดำเนินการในทิศทางไปข้างหน้าความหนาแน่นของรูที่เก็บไว้ในภูมิภาค P สามารถถึง 10 ⁶/cm ³ ผู้ให้บริการเหล่านี้ต้องผ่านเวลาจัดเก็บ (t ₁), เวลาตกตะกอน (t ₂) และเวลาตื่น (t ∝) ภายใต้แรงดันไฟฟ้าย้อนกลับเพื่อหายไปอย่างสมบูรณ์ ข้อมูลการทดสอบจริงแสดงให้เห็นว่าไดโอด Junction PN ธรรมดาสามารถบรรลุเวลาการกู้คืนแบบย้อนกลับได้สูงถึง 200Ns ภายใต้กระแสไปข้างหน้าของ 10A ส่งผลให้เกิดแรงดันไฟฟ้าชั่วคราวที่ 1.5V ในระหว่างกระบวนการสลับ
โหมดความล้มเหลวในสถานการณ์ความถี่สูง -
ในสถานการณ์การสื่อสารที่สูงกว่า 100MHz เวลาพักฟื้นย้อนกลับที่ยาวนานจะทำให้เกิดความล้มเหลวหลายครั้ง:
การเพิ่มขึ้นของการสูญเสียสวิตช์: การสูญเสียพลังงานในระหว่างการกู้คืนแบบย้อนกลับเป็นสัดส่วนกับ TRR การใช้วงจรไดรเวอร์ Gan Hemt เป็นตัวอย่างสำหรับทุก ๆ 10ns เพิ่มขึ้นใน TRR การสูญเสียการสลับเพิ่มขึ้น 15%
การเสื่อมสภาพของสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI): DI/DT ที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว (อัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้า) สร้างเสียงรบกวนความถี่สูง - การทดสอบจริงแสดงให้เห็นว่าสเปกตรัม EMI ของ TRR =100 ns ไดโอดเกินขีด จำกัด มาตรฐาน CISPR 32 โดย 12dB ในช่วง 100MHz-1GHz เมื่อสวิตช์
การสะสมความเครียดจากความร้อน: การสูญเสียพลังงานในระหว่างกระบวนการกู้คืนแบบย้อนกลับจะถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อนส่งผลให้อุณหภูมิของทางแยกเพิ่มขึ้น การทดสอบโมดูลการสื่อสารบางอย่างแสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิทางแยกของไดโอดที่มี TRR =150 ns สูงกว่า 25 องศาของอุปกรณ์ TRR =50 ns หลังจากการทำงานอย่างต่อเนื่องเป็นเวลา 1 ชั่วโมง
2 ผลกระทบของเวลาพักฟื้นย้อนกลับต่อประสิทธิภาพการสื่อสาร
ข้อ จำกัด เกี่ยวกับประสิทธิภาพการแปลงพลังงาน
ใน DC - ตัวแปลง DC เวลาการกู้คืนย้อนกลับส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพ การใช้วงจรบั๊กเป็นตัวอย่างเมื่อแรงดันไฟฟ้าอินพุตคือ 48V และกระแสเอาต์พุตคือ 10a:
ประสิทธิภาพของ schottky diode ด้วย trr =50 ns สามารถเข้าถึง 95%
ประสิทธิภาพของไดโอดปกติที่มี trr =200 ns เพียง 88%
ความท้าทายของความสมบูรณ์ของสัญญาณ
ในระดับสูง - การสื่อสารดิจิตอลความเร็วแรงดันไฟฟ้า overshoot และเสียงเรียกเข้าที่เกิดจากเวลาการกู้คืนย้อนกลับสามารถลดคุณภาพของแผนภาพตา การใช้อินเทอร์เฟซ PCIE 5.0 เป็นตัวอย่างเมื่อใช้ TRR =80 ns ไดโอดการปิดตาจะลดลง 30%และอัตราข้อผิดพลาดบิต (BER) เพิ่มขึ้นจาก 10 ⁻²เป็น 10 ⁻⁹ ข้อมูลการจำลองแสดงให้เห็นว่าสำหรับทุก ๆ 10ns เพิ่มขึ้นใน TRR เวลาที่เพิ่มขึ้นของสัญญาณจะถูกขยายโดย 50PS ส่งผลให้ระยะเวลาลดลง
ความเสี่ยงของความน่าเชื่อถือของระบบ
ระยะยาวสูง - การทำงานของอุณหภูมิจะช่วยเร่งอายุของไดโอด การทดสอบอุปกรณ์สื่อสารผ่านดาวเทียมแสดงให้เห็นว่าไดโอดที่มี TRR =120 ns มีอายุการใช้งานเพียง 1/5 ของอุปกรณ์ TRR =30} ns ที่อุณหภูมิแวดล้อม 125 องศา การวิเคราะห์ความล้มเหลวแสดงให้เห็นว่าความเครียดจากความร้อนที่นำไปสู่การ delamination ของชั้นโลหะและการปลดลวดพันธะเป็นโหมดความล้มเหลวหลัก
3, กลยุทธ์การเพิ่มประสิทธิภาพสำหรับเวลาการกู้คืนย้อนกลับ
นวัตกรรมในวัสดุและอุปกรณ์
Wide Bandgap Semiconductor: TRR ของ Sic Schottky ไดโอดสามารถต่ำถึง 10ns และกระแสการรั่วไหลย้อนกลับมีเพียง 0.1 μ a ที่ 200 องศา 1200V SIC SBD ของ Cree Company ลด TRR ลง 70% เมื่อเทียบกับอุปกรณ์ SI ที่ปัจจุบัน 10A
เทคโนโลยียาสลบทองคำ: โดยการแนะนำทองคำเป็นศูนย์คอมโพสิตอายุการใช้งานของผู้ให้บริการสามารถสั้นลงจาก 1 μ s ถึง 10ns ไดโอดการกู้คืนที่รวดเร็วของ Infineon ใช้เทคโนโลยีนี้ด้วย TRR 35NS
การเพิ่มประสิทธิภาพโครงสร้าง PIN: การลดความกว้างของภูมิภาคฉันสามารถลดความจุการจัดเก็บประจุได้ ไดโอดการกู้คืนที่รวดเร็วเป็นพิเศษของ Rohm ได้รับการออกแบบด้วยภูมิภาค 0.5 μ mi - ลด TRR เป็น 25ns
การเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบวงจร
เทคโนโลยีการสลับนุ่ม: การสลับแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์ (ZVS) สามารถกำจัดแรงดันไฟฟ้าแหลมในระหว่างการกู้คืนย้อนกลับ การทดสอบจริงแสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยี ZVS ช่วยลดผลกระทบของไดโอด TRR 60%
การแก้ไขแบบซิงโครนัส: การแทนที่ไดโอดด้วย mosfets สามารถกำจัด TRR ได้อย่างสมบูรณ์ LM5164 ตัวควบคุมการแก้ไขแบบซิงโครนัสของ TI ได้รับประสิทธิภาพ 96% ที่ความถี่สลับ 1MHz
การปราบปรามพารามิเตอร์ของกาฝาก: โดยการใช้เทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ 3 มิติการเหนี่ยวนำตะกั่วจะลดลงจาก 5NH เป็น 1NH เพิ่ม DI/DT จาก 50A/NS เป็น 250A/NS และลดทอน TRR
การจัดการความร้อนระดับระบบ
Microchannel Cooling ของเหลว: สถานีฐาน Huawei ใช้ซิลิคอน - แผ่นระบายความร้อนของเหลวไมโครแชนเนลซึ่งลดอุณหภูมิทางแยกไดโอดจาก 150 องศาเป็น 110 องศาและลด TRR ลง 20%
การเปลี่ยนเฟสการกระจายความร้อน: วัสดุเปลี่ยนเฟสคอมโพสิตที่ใช้พาราฟินที่พัฒนาโดย ZTE Corporation สามารถดูดซับความร้อน 800J ที่จุดเปลี่ยนเฟส 120 องศาทำให้การเสื่อมสภาพของ TRR ลดลงด้วยอุณหภูมิ
https://www.trrsemicon.com/transistor/smd {2}