كيف يمكن للثنائيات تحسين كفاءة تحويل الطاقة في الإلكترونيات الاستهلاكية؟

1 ، تحدي كفاءة تحويل الطاقة ودور الثنائيات
في مجال الإلكترونيات الاستهلاكية ، تعد كفاءة تحويل الطاقة واحدة من المؤشرات الرئيسية لقياس أداء الجهاز. مع زيادة التعقيد لوظائف الأجهزة المحمولة ، من الهواتف الذكية إلى لوحات المفاتيح ، تم تقديم المتطلبات العالية لإدارة الطاقة: حجم أصغر ، طاقة إخراج أعلى ، وعمر بطارية أطول. ومع ذلك ، هناك العديد من اختناقات الكفاءة في دوائر تحويل الطاقة التقليدية ، من بينها خصائص الثنائيات لها تأثير حاسم على الكفاءة الكلية.
تؤدي الثنائيات بشكل رئيسي التصحيح ، ووظائف التثبيت ، والتشبث في تحويل الطاقة. أخذ شاحن الهاتف الذكي كمثال ، يجب تحويل طاقة التيار المتردد إلى طاقة التيار المستمر من خلال دائرة المقوم ، ولكن انخفاض الجهد الأمامي (VF) من ثنائيات السيليكون التقليدية تصل إلى 0.7 فولت ، مما يؤدي إلى خسائر التوصيل التي تمثل 10 ٪ - 15 ٪ من إجمالي استهلاك الطاقة. بالإضافة إلى ذلك ، في محولات DC-DC ، يمكن أن يسبب وقت الاسترداد العكسي الطويل (TRR) من الصمام الثنائي طفرات الجهد ، مما يزيد من الخسائر.
2 ، المسار التكنولوجي الأساسي لتحسين كفاءة الصمام الثنائي
استجابة لنقاط الألم المذكورة أعلاه ، يروج المهندسون إلى تطور الثنائيات نحو كفاءة عالية من خلال الابتكار المادي وتحسين العملية وتصميم الدائرة
تقنية انخفاض الضغط المنخفضة للأمام
Schottky Diode: يستخدم ملامسة أشباه الموصلات المعدنية بدلاً من تقاطع PN لتقليل VF إلى 0.2-0.4 فولت. بعد استخدام الثنائيات Schottky في مخطط الشحن السريع ، تم تخفيض خسائر التصحيح بنسبة 60 ٪ وزادت الكفاءة من 82 ٪ إلى 88 ٪.
مقوم الحاجز السوبر (SBR): الجمع بين تقنية MOS وتصميم الخندق العميق ، مع الحفاظ على VF منخفض ، يتم تخفيض تيار التسرب (IR) بنسبة 90 ٪ مقارنة مع Schottky التقليدية. في 85 درجة ، يبلغ تيار التسرب لـ SBR 1.7 μ A فقط ، في حين أن نفس النوع من Schottky يصل إلى 18 μ A.
تكنولوجيا الاسترداد العكسي السريع
الصمام الثنائي السريع للاسترداد (FRD): عن طريق تحسين تركيز المنشطات والتصميم الهيكلي ، يتم تقصير TRR إلى خلال 30Ns. في مستلزمات تبديل التردد العالية - (مثل محولات الكمبيوتر المحمول) ، يقلل FRD من خسائر الاسترداد العكسية بنسبة 75 ٪.
الصمام الثنائي كربيد السيليكون (SIC): باستخدام خصائص أشباه الموصلات الواسعة النطاق ، ودعم تردد تشغيل مستوى MHZ ، وعكس الشحن (QRR) بالقرب من الصفر. كفاءة مخطط ديود SIC معين أعلى بنسبة 3 ٪ من مخطط السيليكون - على تردد تبديل قدره 400 كيلو هرتز.
الإدارة الحرارية وابتكار التغليف
تحسين تبديد الحرارة: TO-220 عبوة مع الركيزة النحاسية تقلل من المقاومة الحرارية بنسبة 40 ٪. عندما يتم تحميل وحدة الطاقة لوحدة ألعاب معينة بالكامل ، تنخفض درجة حرارة تقاطع الصمام الثنائي من 125 درجة إلى 85 درجة ، مما يحسن الاستقرار.
التصميم المتكامل: يقلل الجمع بين الثنائيات و MOSFETs في وحدة الطاقة من الحث الطفيلي بنسبة 50 ٪ ، ويقلل من تبديل الضوضاء ، ويزيد من الكفاءة بنسبة 1.5 ٪.
3 ، حالات التطبيق النموذجية في الإلكترونيات الاستهلاكية
تكنولوجيا الشحن السريع للهاتف الذكي
الحالة: يتبنى شاحن نيتريد غاليوم 65W حلًا متكاملًا من الصمام الثنائي SBR وترانزستور GAN.
تأثير:
زادت الكفاءة من 85 ٪ إلى 92.5 ٪ في محلول السيليكون ؛
يتناقص ارتفاع درجة الحرارة بمقدار 5 درجة ويتقلص حجمه بنسبة 30 ٪ ؛
يدعم بروتوكول PD3.1 ، حيث حقق 60 ٪ شحن في 15 دقيقة.
محول قوة الكمبيوتر المحمول
الحالة: التردد العالي DC - DC محول باستخدام ثنائيات SIC (تردد التشغيل 500 كيلو هرتز).
تأثير:
تصل الكفاءة إلى 95 ٪ ، وهو أعلى بنسبة 4 ٪ من الحلول التقليدية ؛
تم تخفيض حجم المكون المغناطيسي بنسبة 40 ٪ ، وتم تخفيض سمك المحول إلى 12 مم ؛
لا يقل استهل
نظام طاقة وحدة التحكم في اللعبة
الحالة: يتبنى مصدر الطاقة PS5 تصميمًا متعدد المرحلة - مرحلة VRM مع ثنائيات VF Schottky منخفضة.
تأثير:
تصل كفاءة إمدادات الطاقة في وحدة المعالجة المركزية/وحدة معالجة الرسومات إلى 94 ٪ ؛
يتم زيادة سرعة الاستجابة العابرة بثلاث مرات ويدعم تبديل الطاقة الديناميكي ؛
تم تخفيض حجم إمدادات الطاقة الإجمالية بنسبة 25 ٪.
https://www.trrsemicon.com/diode/smd {{2) }diode/bas19-bas20.html