Наскільки критичним є час зворотного відновлення діодів у програмах зв'язку?

1, Механізм фізичної сутності та відмови часу зворотного відновлення
Фізичний процес зберігання заряду
Коли діод переходить від стану провідності вперед до стану відсічення, носії меншин (отвори та електрони), що зберігаються з обох боків переходу PN, повинні бути очищені за допомогою рекомбінації або дрейфу. Приймаючи кремнію - діоди на основі прикладу, як проводячи в напрямку вперед, щільність отвору, що зберігається в області Р, може досягати 10 ⁶/см ³. Ці носії повинні пройти час зберігання (t ₁), час оселення (t ₂) та час пробудження (t ∝) під зворотною напругою, щоб повністю зникнути. Фактичні дані випробувань показують, що звичайні діоди PN Junction можуть досягти зворотного часу відновлення до 200ns при вперед струму 10А, що призводить до перехідного сплеску напруги 1,5 В під час перемикання.
Режими відмови у високих - частотних сценаріїв
У сценаріях спілкування вище 100 МГц довгий час зворотного відновлення спричинить багаторазові збої:
ПЕРЕГЛЯД Втрати перемикання: Втрата енергії під час зворотного відновлення пропорційне TRR. Приймаючи ланцюг драйверів Gan Hemt як приклад, на кожні 10N збільшується TRR, втрати комутації збільшуються на 15%.
Погіршення електромагнітних перешкод (EMI): швидко змінюється DI/DT (швидкість зміни струму) генерує високий - частотний шум. Фактичне тестування показує, що спектр EMI діода TRR =100 NS перевищує стандартний ліміт CISPR 32 на 12 дБ у діапазоні 100 МГц-1 ГГц при перемиканні.
Накопичення теплового напруги: Втрата потужності під час процесу зворотного відновлення перетворюється на теплову енергію, що призводить до підвищення температури стику. Певний тест модуля зв'язку показує, що температура стику діода з TRR =150 NS на 25 градусів вище, ніж у пристрою TRR =50 NS після безперервної роботи протягом 1 години.
2, вплив часу зворотного відновлення на ефективність спілкування
Обмеження ефективності перетворення потужності
У DC - перетворювачі постійного струму час зворотного відновлення безпосередньо впливає на ефективність. Візьміть схему долара як приклад, коли вхідна напруга становить 48 В, а вихідний струм - 10a:
Ефективність діода Schottky з TRR =50 NS може досягти 95%
Ефективність звичайного діода з TRR =200 NS становить лише 88%
Завдання цілісності сигналу
У High - Швидкість цифрового зв'язку, напруга перевищує та дзвонить, викликане зворотним часом відновлення, може погіршити якість діаграми очей. Приймаючи інтерфейс PCIE 5.0 як приклад, коли використовується діод TRR =80 NS, закриття очей зменшується на 30%, а швидкість помилок (BER) збільшується з 10 ⁻ ² до 10 ⁻⁹. Дані моделювання показують, що на кожні 10ns збільшується TRR, час збільшення сигналу продовжується на 50ps, що призводить до зменшення маржі часу.
Ризик надійності системи
Довгострокова висока - Температурна робота прискорить старіння діодів. Тест на супутникове комунікаційне обладнання показав, що діод з TRR =120 NS має тривалість життя лише 1/5 пристрою TRR =30 NS при температурі навколишнього середовища 125 градусів. Аналіз несправності показує, що теплове напруження, що призводить до розшарування шару металізації та відшарування проводного зв'язку, є основними режимами відмови.
3, стратегія оптимізації для зворотного часу відновлення
Інновації в матеріалах та пристроях
Широкий напівпровідник пропусків: TRR діода SIC Schottky може бути до 10N, а струм зворотного витоку - лише 0,1 мкм при 200 градусах. 1200 В SIC SIC Cree Company зменшує TRR на 70% порівняно з пристроями SI при 10A струм.
Технологія допінгу золота: Вводячи золото як композитний центр, термін експлуатації носія можна скоротити від 1 мкс до 10 н. Діод швидкого відновлення Infineon приймає цю технологію з TRR 35NS.
Оптимізація структури PIN: Зниження ширини області I може знизити ємність зберігання заряду. Ультра швидке відновлення ROHM розроблений з областю 0,5 мкм -, зменшуючи TRR до 25ns.
Оптимізація конструкції ланцюга
Технологія м'якого комутації: перемикання нульової напруги (ZVS) може усунути шипи напруги під час зворотного відновлення. Фактичне тестування показує, що технологія ZVS зменшує вплив діода TRR на 60%.
Синхронне випрямлення: Заміна діодів на MOSFET може повністю усунути TRR. LM5164 синхронний контролер випрямлення TI досягає ефективності 96% при частоті комутації 1 МГц.
Придушення параситарних параметрів: за допомогою технології 3D упаковки індуктивність свинцю знижується з 5 прохів до 1 н.
Системний рівень термічного управління
Мікроканальне рідке охолодження: базові станції Huawei використовують кремній - мікроканальні рідкі охолоджувальні пластини, які знижують температуру діода з 150 градусів до 110 градусів і скорочують TRR на 20%.
Зміна фазової розсіювання: Матеріал зміни фази на основі парафіну, розроблений корпорацією ZTE, може поглинати 800J тепла в точці зміни фази 120 градусів, затримуючи деградацію TRR температурою.
https://www.trrsemicon.com/transistor/smd ін.