संचार अनुप्रयोगों में डायोड का रिवर्स रिकवरी समय कितना महत्वपूर्ण है?

1, रिवर्स रिकवरी समय का भौतिक सार और विफलता तंत्र
चार्ज भंडारण प्रभाव की भौतिक प्रक्रिया
जब डायोड फॉरवर्ड कंडक्शन स्टेट से रिवर्स कटऑफ स्टेट में स्विच करता है, तो पीएन जंक्शन के दोनों किनारों पर संग्रहीत अल्पसंख्यक वाहक (छेद और इलेक्ट्रॉनों) को पुनर्संयोजन या बहाव के माध्यम से साफ करने की आवश्यकता होती है। सिलिकॉन - आधारित डायोड को एक उदाहरण के रूप में लेना, जब आगे की दिशा में संचालित किया जाता है, तो पी क्षेत्र में संग्रहीत छेद घनत्व 10 ⁶/सेमी the तक पहुंच सकता है। इन वाहकों को भंडारण समय (t ₁), समय (t ₂), और वेक टाइम (t ∝) के माध्यम से रिवर्स वोल्टेज के नीचे पूरी तरह से गायब होने के लिए जाने की आवश्यकता है। वास्तविक परीक्षण डेटा से पता चलता है कि साधारण पीएन जंक्शन डायोड 10 ए के आगे वर्तमान के तहत 200 एन तक के रिवर्स रिकवरी समय को प्राप्त कर सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप स्विचिंग प्रक्रिया के दौरान 1.5 वी का क्षणिक वोल्टेज स्पाइक होता है।
उच्च - आवृत्ति परिदृश्यों में विफलता मोड
100MHz से ऊपर संचार परिदृश्यों में, एक लंबा रिवर्स रिकवरी समय कई विफलताओं का कारण होगा:
स्विच लॉस में सर्ज: रिवर्स रिकवरी के दौरान ऊर्जा की हानि टीआरआर के लिए आनुपातिक है। GAN HEMT ड्राइवर सर्किट को एक उदाहरण के रूप में लेते हुए, TRR में प्रत्येक 10Ns में वृद्धि के लिए, स्विचिंग हानि 15%बढ़ जाती है।
विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप (EMI) की गिरावट: तेजी से बदलते di/dt (वर्तमान के परिवर्तन की दर) उच्च - आवृत्ति शोर उत्पन्न करता है। वास्तविक परीक्षण से पता चलता है कि एक TRR =100 ns डायोड का EMI स्पेक्ट्रम स्विच करने पर 100MHz-1GHz की सीमा में 12DB द्वारा CISPR 32 मानक सीमा से अधिक है।
थर्मल तनाव संचय: रिवर्स रिकवरी प्रक्रिया के दौरान बिजली की हानि को थर्मल ऊर्जा में बदल दिया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप जंक्शन तापमान में वृद्धि होती है। एक निश्चित संचार मॉड्यूल परीक्षण से पता चलता है कि TRR =150 ns के साथ एक डायोड का जंक्शन तापमान 1 घंटे के लिए निरंतर संचालन के बाद TRR =50 ns डिवाइस की तुलना में 25 डिग्री अधिक है।
2, संचार प्रदर्शन पर रिवर्स रिकवरी समय का प्रभाव
बिजली रूपांतरण दक्षता पर बाधाएं
DC - DC कन्वर्टर्स में, रिवर्स रिकवरी समय सीधे दक्षता को प्रभावित करता है। हिरन सर्किट को एक उदाहरण के रूप में लेना, जब इनपुट वोल्टेज 48V है और आउटपुट करंट 10A है:
Trr =50 ns के साथ Schottky डायोड की दक्षता 95% तक पहुंच सकती है
Trr =200 ns के साथ एक नियमित डायोड की दक्षता केवल 88% है
सिग्नल अखंडता की चुनौती
उच्च - स्पीड डिजिटल संचार में, रिवर्स रिकवरी समय के कारण वोल्टेज ओवरशूट और रिंगिंग नेत्र आरेख की गुणवत्ता को बिगड़ सकता है। PCIE 5.0 इंटरफ़ेस को एक उदाहरण के रूप में लेना, जब TRR =80 ns डायोड का उपयोग करते हुए, आंख बंद होने से 30%की कमी आई है, और बिट त्रुटि दर (BER) 10 ⁻⁻ ε से 10 ⁻⁹ तक बढ़ जाती है। सिमुलेशन डेटा से पता चलता है कि टीआरआर में प्रत्येक 10Ns में वृद्धि के लिए, सिग्नल में वृद्धि का समय 50ps द्वारा बढ़ाया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप समय मार्जिन में कमी आती है।
सिस्टम विश्वसनीयता का जोखिम
दीर्घकालिक उच्च - तापमान संचालन से डायोड की उम्र बढ़ने में तेजी आएगी। एक उपग्रह संचार उपकरण परीक्षण से पता चला है कि टीआरआर =120 एनएस के साथ डायोड का जीवनकाल केवल 1/5 टीआरआर =30 एनएस डिवाइस के एक परिवेश तापमान पर 125 डिग्री के परिवेश के तापमान पर है। विफलता विश्लेषण से पता चलता है कि थर्मल तनाव मेटलाइज़ेशन परत के परिसीमन और बॉन्डिंग वायर की टुकड़ी के लिए अग्रणी मुख्य विफलता मोड हैं।
3, रिवर्स रिकवरी समय के लिए अनुकूलन रणनीति
सामग्री और उपकरणों में नवाचार
वाइड बैंडगैप सेमीकंडक्टर: Sic Schottky Diode का TRR 10Ns जितना कम हो सकता है, और रिवर्स लीकेज करंट केवल 200 डिग्री पर 0.1 μ A है। क्री कंपनी का 1200V SIC SBD 10a करंट पर SI उपकरणों की तुलना में TRR को 70% तक कम कर देता है।
गोल्ड डोपिंग टेक्नोलॉजी: गोल्ड को एक समग्र केंद्र के रूप में पेश करके, वाहक जीवनकाल को 1 μ s से 10ns तक छोटा किया जा सकता है। Infineon की तेजी से रिकवरी डायोड इस तकनीक को अपनाता है, 35Ns के TRR के साथ।
पिन संरचना अनुकूलन: क्षेत्र की चौड़ाई को कम करने से मैं चार्ज भंडारण क्षमता को कम कर सकता हूं। ROHM के अल्ट्रा फास्ट रिकवरी डायोड को 0.5 μ mi - क्षेत्र के साथ डिज़ाइन किया गया है, जो TRR को 25NS तक कम करता है।
परिपथ डिजाइन अनुकूलन
सॉफ्ट स्विचिंग तकनीक: शून्य वोल्टेज स्विचिंग (ZVS) रिवर्स रिकवरी के दौरान वोल्टेज स्पाइक्स को समाप्त कर सकता है। वास्तविक परीक्षण से पता चलता है कि ZVS तकनीक डायोड TRR के प्रभाव को 60%तक कम कर देती है।
सिंक्रोनस रेक्टिफिकेशन: MOSFETs के साथ डायोड की जगह पूरी तरह से TRR को खत्म कर सकती है। TI का LM5164 सिंक्रोनस रेक्टिफिकेशन कंट्रोलर 1MHz की स्विचिंग आवृत्ति पर 96% की दक्षता प्राप्त करता है।
परजीवी पैरामीटर दमन: 3 डी पैकेजिंग तकनीक का उपयोग करके, लीड इंडक्शन 5NH से 1NH से कम हो जाता है, DI/DT को 50A/NS से ​​250A/NS तक बढ़ाता है और TRR को छोटा करता है।
तंत्र स्तर थर्मल प्रबंधन
माइक्रोचैनल लिक्विड कूलिंग: हुआवेई बेस स्टेशन सिलिकॉन - आधारित माइक्रोचैनल लिक्विड कूलिंग प्लेटों का उपयोग करते हैं, जो डायोड जंक्शन तापमान को 150 डिग्री से 110 डिग्री तक कम करते हैं और 20%तक टीआरआर को कम करते हैं।
चरण परिवर्तन गर्मी विघटन: ZTE Corporation द्वारा विकसित पैराफिन आधारित समग्र चरण परिवर्तन सामग्री 120 डिग्री के चरण परिवर्तन बिंदु पर 800J गर्मी को अवशोषित कर सकती है, तापमान के साथ TRR के क्षरण में देरी कर सकती है।
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