كيفية استخدام الثنائيات و MOSFETs لبناء دوائر حماية الاتصال؟

一 ، المبدأ التقني: من خصائص المكون إلى حماية مستوى النظام
1. آلية حماية الثنائيات
يحقق الصمام الثنائي لقمع TVS عابر الاستجابة لمستوى NanoSecond من خلال تأثير انهيار الانهيار ، وتشمل المعلمات الأساسية:
جهد الانهيار (VBR): يحدد عتبة الحماية ، مواصفات 5V ، 12V ، 24V ، 24V لمعدات الاتصالات
جهد المشبك (VC): يعكس قدرة حماية الجهد الزائد ، يمكن لأجهزة الجودة عالية- تحقيق VC/VBR<1.3
تيار النبض الذروة (IPP): يميز مقاومة الطفرة ، وتطبيقات مركز البيانات تحتاج إلى الوصول إلى عشرات مستويات كيلوامبيري
في اختبار أجريه مشغل إقليمي ، نجحت وحدة طاقة محطة 5G التي تستخدم ثنائيات ثنائية الاتجاه في ثنائي الاتجاه صمود تأثير ارتفاع 10KV تحت شكل موجي 8/20 μ S ، مع تخفيض 92 ٪ في معدل الخطأ.
تؤدي Diodes Schottky أداءً جيدًا في دوائر مكافحة العكسي بسبب انخفاض الجهد إلى الأمام المنخفضة من 0.1-0.3V. بعد تبني صفائف Schottky Diode في مركز بيانات معين ، انخفض استهلاك الطاقة لنظام إمدادات الطاقة 24V من 14 واط إلى 0.8W ، ووصل وفورات الطاقة السنوية إلى 2100 كيلو وات في الساعة.
2. تبديل خصائص الترانزستورات MOS
يعرض NMOS Transistor مزايا فريدة في الدائرة العكسية:
Conduction condition: Vgs>Vth (جهد العتبة) ، القيمة النموذجية 1-4V
على المقاومة (RDS (ON)): حققت التكنولوجيا الحديثة مستوى MillioHM ، مع استهلاك الطاقة 0.8W فقط في 20A الحالي
سرعة التبديل: استجابة مستوى النانوسية ، أعلى بكثير من المرحلات التقليدية
تُظهر بيانات الاختبار الفعلية من شركة تصنيع معدات اتصال معينة أنه بعد استخدام دائرة NMOS المضادة للعكس ، تم اختصار وقت بدء تشغيل الجهاز من 50 مللي ثانية إلى 2 مللي ثانية ، مما يفي بمتطلبات تبديل مستوى ميلي ثانية من المحطات الأساسية 5G.
على الرغم من أن ترانزستورات PMOS أقل استخدامًا بسبب ارتفاع مقاومتها ، إلا أنها لا تزال ذات قيمة في سيناريوهات القيادة عالية-. تتبنى وحدة بصرية معينة PMOs لتحقيق حماية -48 فولت من الطاقة ، والتحكم بنجاح في تيار التسرب العكسي أقل من 0.1 μ A.
2 ، التطبيق التعاوني: بناء نظام حماية المستوى ثلاثة-
1. حماية مستوى الإدخال: قمع اضطرابات شبكة الطاقة
الحل 1: TVS+NMOS Composite Protection
نشر مجموعة من الثنائيات ثنائية الاتجاه الثنائيات وترانزستورات NMOS في نهاية الوصول إلى طاقة التيار الكهربائي:
يمتص الصمام الثنائي أجهزة التلفزيون 6 كيلو فولت من الطول الموجي 10/1000 μ
يدرك ترانزستور NMOS الكشف عن قطبية الطاقة والتبديل التلقائي
وقت الاستجابة<50ns, protection level up to IEC 61000-4-5 Level 4
بعد تطبيق هذا الحل على محطة قاعدة الصحراء ، انخفض عدد فشل المعدات الناجم عن ضربات البرق في السنة من 12 إلى 1 ، وانخفضت تكاليف الصيانة بنسبة 85 ٪.
الخيار 2: تحسين جسر المقوم+الترانزستور MOS
لمعالجة مسألة انخفاض الجهد 0.7 فولت في جسور المقوم التقليدية ، يتم استخدام الترانزستورات MOS بدلاً من الثنائيات
بناء دائرة تصحيح متزامنة باستخدام 4 ناموس ترانزستورات
انخفضت على المقاومة من 0.7 Ω إلى 20 م Ω
زادت الكفاءة من 85 ٪ إلى 98 ٪
بعد تطبيق هذه التكنولوجيا في مركز معين من الحوسبة الفائقة ، بلغت وفورات الطاقة السنوية 1.2 مليون كيلو واط في الساعة ، أي ما يعادل انبعاثات الكربون بمقدار 980 طن.
2. تنظيم الجهد الوسيط: القضاء على التداخل التوافقي
الحل: مزيج Zener Diode+LDO
تم اعتماد تنظيم جهد مرحلتين في عملية تحويل DC - DC:
يوفر الصمام الثنائي Zener تثبيت الجهد الأولي ويمتص ± 10 ٪ تقلبات الجهد
منظم LDO يمنع Ripple إلى أقل من 10mV
تلبية متطلبات إمداد الطاقة للرقائق الرقمية مثل FPGA
بعد تطبيق هذا الحل على 5G AAU ، زاد استقرار طاقة الإرسال بمقدار 3DB وزيادة نصف قطر التغطية بنسبة 8 ٪.
3. حماية مستوى الإخراج: يمنع التيار العكسي
الحل: ORING Controller+MOS Transistor
في أنظمة الطاقة الزائدة ، يتم استخدام الطرق التالية:
يحقق ديود شوتكي العزلة الأولية
تبديل سلس من N +1 مزود طاقة زائدة عن الحاجة باستخدام MOS Transistor
انخفض وقت التبديل من 10 مللي ثانية إلى 50 μ s
بعد تطبيق هذا الحل في مركز بيانات معين ، تم إلغاء حادث انقطاع التيار الكهربائي الناجم عن تبديل الطاقة في صفيف التخزين بالكامل.
3 ، ممارسة الصناعة: حلول السيناريو النموذجية
1. تحسين مصدر الطاقة الأساسي
لمعالجة مشكلة إمدادات الطاقة غير المستقرة للمحطات الأساسية عن بُعد ، تم اعتماد نظام مهجّل لتوفير الطاقة من "الطاقة الشمسية+بطارية+منظم الجهد الذكي":
اختيار منظم الجهد: نطاق الإدخال 180-520VAC ، دقة الإخراج ± 0.5 ٪
تكوين MOS: يتم استخدام NMOS للتحكم في شحن البطارية ، ويستخدم PMOs لتبديل طاقة التحميل
استراتيجية التحكم: تنفيذ التحكم في الارتباط بين منظم الجهد و BMS من خلال CAN BUS
بعد تطبيق هذا الحل على محطة قاعدة عالية- ، انخفضت مدة انقطاع التيار الكهربائي السنوي من 72 ساعة إلى 3 ساعات ، وارتفع توافر الشبكة إلى 99.99 ٪.
2. ترقية بنية مركز البيانات
لمعالجة تحديات إمداد الطاقة في خزائن الكثافة العالية- ، يتم اعتماد بنية طاقة معيارية:
تدعم كل وحدة طاقة المبادلة الساخنة ، ولا يؤثر فشل وحدة واحدة على تشغيل النظام
يحقق Transistor MOS المشاركة التلقائية الحالية لـ 4 مستلزمات طاقة إدخال ، مع درجة موازنة التحميل ± 2 ٪
المراقبة الذكية: الاستحواذ في الوقت الحقيقي على المعلمات الجهد والتيار ودرجة الحرارة من خلال ناقل I2C
بعد تطبيق هذا الحل في مركز بيانات كبير - ، انخفضت قيمة PUE من 1.6 إلى 1.3 ، وبلغت توفير الطاقة السنوي 12 مليون كيلو واط ساعة.
3. حماية واجهة الوحدة البصرية
لقضية حساسية ESD من 400 جرام من الوحدات البصرية ، تم اعتماد ثلاثة-.
المستوى 1: يمتص الصمام الثنائي أجهزة التلفزيون ± 15kV تصريف الاتصال
المستوى الثاني: حدود الصمام الثنائي Zener بشكل مفرط إلى 5.6 فولت
المستوى 3: شبكة تصفية RC تلغي تداخل التردد العالي -
توضح بيانات الاختبار من شركة تصنيع معدات معينة أن هذا الحل يقلل من معدل فشل ESD للوحدة البصرية من 3 ٪ إلى 0.02 ٪.
4 ، التطور التكنولوجي: ابتكار الحماية لـ 6G
مع تعميم التواصل الموجي على ملليمتر ، والاتصالات Terahertz وغيرها من التقنيات في عصر 6G ، تواجه أنظمة إمدادات الطاقة تحديات أعلى:
متطلبات ضوضاء منخفضة للغاية: يجب قمع تموج الطاقة إلى مستوى μ V لتلبية متطلبات دقة الطور لرادار الصفيف المرحلي
تحسين الاستجابة الديناميكية: يجب تقصير وقت الاستجابة إلى مستوى μ S للتكيف مع طفرة الطاقة الناتجة
تحويل الطاقة الفعال: زاد تردد التبديل إلى مستوى MHz ، مما يقلل من حجم المكونات السلبية
تشمل النقاط الساخنة للبحث الحالي:
أجهزة حماية نيتريد غاليوم (GAN): تبديل تردد يصل إلى 10 ميجا هرتز ، والكفاءة التي تتجاوز 95 ٪
تقنية التكامل المغناطيسي: دمج المحاثات مع المحولات ، مما يقلل من حجم 40 ٪
التحكم في الحماية الرقمية: تعديل المعلمة التكيفية التي تحققت من خلال DSP
5 ، اقتراح التنفيذ: إدارة دورة حياة كاملة من الاختيار إلى التشغيل والصيانة
معايير اختيار المكون:
تلفزيونات الصمام الثنائي: اختر الأجهزة مع VC/VBR<1.3 and Ipp>10KA
ترانزستور MOS: RDS (ON)<5m Ω Vgs(th)<2V,Ciss<1nF
ديود زينر: معامل درجة الحرارة<-2mV/℃, dynamic resistance<10 Ω
النقاط الرئيسية لتصميم النظام:
اتبع مبدأ "الحماية المتدرجة" لتجنب الضغط المفرط على حماية مستوى واحد
احجز 20 ٪ من هامش الطاقة لتلبية احتياجات التوسع في المستقبل
اعتماد بنية إمداد الطاقة الموزعة لتقليل خسائر نقل المسافة الطويلة -
معايير إدارة التشغيل والصيانة:
اختبار الحمل الفصلي للتحقق من دقة الحماية
استبدل المكثفات الكهربائية سنويًا لمنع تدهور السعة
إنشاء قاعدة بيانات جودة مصدر الطاقة لتحقيق التنبؤ بالأخطاء
https://www.trrsemicon.com/transistor/n {{2)