ما مدى أهمية وقت الاسترداد العكسي للثنائيات في تطبيقات الاتصال؟

1 ، الجوهر المادي وآلية الفشل في وقت الاسترداد العكسي
عملية تخزين الشحن المادية
عندما ينتقل الصمام الثنائي من حالة التوصيل إلى الأمام إلى حالة القطع العكسية ، يجب إزالة شركات النقل الأقلية (الثقوب والإلكترونات) المخزنة على جانبي تقاطع PN من خلال إعادة التركيب أو الانجراف. أخذ الثنائيات المستندة إلى السيليكون - كمثال ، عند إجراء الاتجاه الأمامي ، يمكن أن تصل كثافة الثقب المخزنة في منطقة P إلى 10 ⁶/cm ³. تحتاج هذه الناقلات إلى الذهاب عبر وقت التخزين (T ₁) ، ووقت الاستقرار (T ₂) ، ووقت الاستيقاظ (T ∝) تحت الجهد العكسي لتختفي تمامًا. توضح بيانات الاختبار الفعلية أن ثنائيات تقاطع PN العادية يمكن أن تحقق وقت استرداد عكسي يصل إلى 200ns تحت تيار إلى الأمام 10 أ ، مما يؤدي إلى ارتفاع جهد عابر من 1.5 فولت أثناء عملية التبديل.
أوضاع الفشل في سيناريوهات التردد العالية -
في سيناريوهات الاتصال فوق 100 ميجا هرتز ، سيؤدي وقت الاسترداد العكسي الطويل إلى فشل متعددة:
زيادة في خسائر التبديل: فقدان الطاقة أثناء الانتعاش العكسي يتناسب مع TRR. أخذ دائرة سائق GAN HEMT كمثال ، لكل 10ns زيادة في TRR ، يزداد فقدان التبديل بنسبة 15 ٪.
تدهور التداخل الكهرومغناطيسي (EMI): يولد ضوضاء التردد السريع المتغير بسرعة (معدل تغيير التيار) مرتفعًا -. يوضح الاختبار الفعلي أن طيف EMI الخاص بـ Trr =100 ns يتجاوز الحد القياسي CISPR 32 بمقدار 12 ديسيبل في نطاق 100 ميجا هرتز-جيجا هرتز عند التبديل.
تراكم الإجهاد الحراري: يتم تحويل فقدان الطاقة أثناء عملية الاسترداد العكسي إلى طاقة حرارية ، مما يؤدي إلى زيادة في درجة حرارة الوصلات. يوضح اختبار وحدة اتصال معينة أن درجة حرارة تقاطع الصمام الثنائي مع trr =150 ns أعلى 25 درجة من جهاز trr =50 ns بعد التشغيل المستمر لمدة ساعة واحدة.
2 ، تأثير وقت الاسترداد العكسي على أداء الاتصال
قيود على كفاءة تحويل الطاقة
في محولات DC - DC ، يؤثر وقت الاسترداد العكسي بشكل مباشر على الكفاءة. أخذ دائرة باك كمثال ، عندما يكون جهد الإدخال 48 فولت وتيار الإخراج هو 10 أ:
يمكن أن تصل كفاءة الصمام الثنائي Schottky مع Trr =50
كفاءة الصمام الثنائي العادي مع trr =200 ns هي 88 ٪ فقط
تحدي سلامة الإشارة
في الاتصالات الرقمية العالية - ، يمكن أن يتدهور الجهد والرنين الناجم عن وقت الاسترداد العكسي جودة مخطط العين. أخذ واجهة PCIE 5.0 كمثال ، عند استخدام ثنائي Trr =80 ns ، يتم تقليل إغلاق العين بنسبة 30 ٪ ، ويزيد معدل خطأ البتات (BER) من 10 ⁻ ² إلى 10 ⁻⁹. توضح بيانات المحاكاة أنه لكل 10ns زيادة في TRR ، يتم تمديد وقت ارتفاع الإشارة بمقدار 50PS ، مما يؤدي إلى انخفاض في هامش التوقيت.
خطر موثوقية النظام
ستؤدي عملية درجات الحرارة إلى ارتفاع درجة الحرارة على المدى الطويل - إلى تسريع شيخوخة الثنائيات. أظهر اختبار معدات الاتصالات القمر الصناعي أن الصمام الثنائي مع Trr =120 ns لديه عمر من 1/5 فقط من جهاز trr =30 ns عند درجة حرارة المحيطة 125 درجة. يوضح تحليل الفشل أن الإجهاد الحراري الذي يؤدي إلى إزالة طبقة المعادن وفصل سلك الترابط هو أوضاع الفشل الرئيسية.
3 ، استراتيجية التحسين لوقت الاسترداد العكسي
الابتكار في المواد والأجهزة
أشباه الموصلات الواسعة النطاق: يمكن أن يكون TRR لـ SIC Schottky Diode منخفضًا إلى 10ns ، ويكون تيار التسرب العكسي 0.1 μ A فقط عند 200 درجة. يقلل SIC SCD 1200V SIC من CREE بنسبة 70 ٪ مقارنة بأجهزة SI في 10A الحالي.
تقنية المنشطات الذهبية: من خلال تقديم الذهب كمركز مركب ، يمكن تقصير عمر الناقل من 1 μ S إلى 10ns. يعتمد الصمام الثنائي السريع للاسترداد السريع في Infineon هذه التكنولوجيا ، مع TRR من 35Ns.
تحسين هيكل الدبوس: تقليل عرض المنطقة ، يمكنني خفض سعة تخزين الشحن. تم تصميم الصمام الثنائي للاسترداد السريع في Rohm مع منطقة 0.5 μ Mi - ، مما يقلل من TRR إلى 25ns.
تحسين تصميم الدائرة
تقنية التبديل الناعمة: يمكن تبديل الجهد الصفري (ZVS) القضاء على مسامير الجهد أثناء الانتعاش العكسي. يوضح الاختبار الفعلي أن تقنية ZVS تقلل من تأثير الصمام الثنائي TRR بنسبة 60 ٪.
تصحيح متزامن: يمكن استبدال الثنائيات مع MOSFETs القضاء تماما TRR. يحقق وحدة تحكم التصحيح المتزامن من TI LM5164 كفاءة 96 ٪ عند تردد التبديل 1 ميجا هرتز.
قمع المعلمة الطفيلية: باستخدام تقنية التغليف ثلاثية الأبعاد ، يتم تقليل الحث الرئيسي من 5NH إلى 1NH ، وزيادة DI/DT من 50A/NS إلى 250A/NS وتقصير TRR.
الإدارة الحرارية على مستوى النظام
التبريد السائل الصغرى: تستخدم محطات قاعدة Huawei ألواح التبريد السائل السيليكون القائم على السيليكون - ، والتي تقلل من درجة حرارة تقاطع الصمام الثنائي من 150 درجة إلى 110 درجة وتقصير TRR بنسبة 20 ٪.
تبديد حرارة الطور: يمكن لمواد تغيير الطور المركب القائم على البارافين التي طورتها شركة ZTE امتصاص 800J من الحرارة عند نقطة تغيير الطور من 120 درجة ، مما يؤدي إلى تدهور TRR مع درجة الحرارة.
https://www.trrsemicon.com/transistor/smd {{2) general {{3) purpose {{4)