Hvernig á að leysa upphitunarvandamál díóða í samskiptarásum?

1, upphitunarbúnaður díóða í samskiptasviðsmyndum
Sérstakur samskiptarásir leiðir til þriggja megineinkenna díóða upphitunar: hátt - tíðni rofatap, öfugt tap á bata og sníkjudýratapi. Með því að taka 5G grunnstöð PA eininguna sem dæmi hefur rekstrartíðni þess farið yfir 4GHz og díóða þarf að klára leiðsluskurðinn sem skiptir um innan nanósekúnda. Á þessum tímapunkti, þó að öfug bata tími (TRR) hefðbundinna hröðra bata díóða (FRDS) hafi verið fínstilltur í 20 - 50ns, kemur verulegt tap enn undir hátíðni skiptingu. Samkvæmt lögum Joule, þegar skiptitíðni eykst úr 1MHz í 10MHz, mun skiptistap díóða aukast veldishraða.
Reverse Recovery tap er annar aðal hitagjafi. Þegar díóða skiptir frá leiðandi ástandi yfir í lokunarástandið þarf að útrýma minnihluta burðarefnum sem eru geymdir í PN mótum með endurröðun eða útdrátt og öfug bata straumur (IRR) sem myndast með þessu ferli getur orðið 1,5- 3 sinnum það sem framvirkt straumur. Í DC-DC umbreytingarrás samskiptaafls, ef hratt bata díóða með Trr =35 ns og irr =2 a er valinn, getur öfug bata tap á einni rör náð 0,7W við skiptitíðni 1MHz, sem beinlínis leiðir til hækkunar á mótunarhitastigi.
Parasitic breytutapið er upprunnið frá pakkaðri inductance (LPAR) og blýþol (RLEAD). Í millimetra bylgjusamskiptum (24-100GHz) atburðarás getur sníkjudýrsleiðsla 0,5NH myndað yfirstigsspennu 5V þegar straumur 10A breytist, sem veldur viðbótarorkunotkun. Ákveðinn gervihnattasamskiptabúnaður upplifði einu sinni hitauppstreymi í einingunni vegna óoptiamed díóða blýþols, sem leiddi til aukningar um 0,3W í orkunotkun á einni rör.
2, sérstakar áskoranir í samskiptarásum
Samskiptabúnaður setur fjórar strangar kröfur um díóða:
Hátíðni eindrægni: 5G grunnstöðvar þurfa íhluta til að styðja 0,3-6 GHz tíðnisviðið og niðurskurðartíðni (ft) hefðbundinna Si díóða er aðeins 100-300MHz, sem er erfitt að uppfylla kröfurnar.
Einkenni með lítið tap: Ljóssamskiptaeiningin krefst díóða leiðsluspennu (VF) sem er minna en 0,3V til að draga úr merkingu merkja.
Hár áreiðanleiki staðall: Samskipti í geim- og geimnum krefjast þess að íhlutir gangi stöðugt innan hitastigs -55 gráðu að +125 gráðu, með bilunarhraða (passa) minna en 10 ^ -9/klst.
Miniaturization kröfur: T/R einingin á stigum ratsjá þarf að samþætta hundruð díóða og stjórna þarf stærð eins íhluta innan 0,5 mm × 0,5 mm.
Ákveðinn framleiðandi grunnstöðvar notaði einu sinni hefðbundna Schottky díóða (SBDs) til að mynda afl, en vegna tækisins Trr =10 ns minnkaði skilvirkni um 5%. Að lokum skiptu þeir yfir í gan hems með öfgafullum bata díóða (UFRDS), sem jók skilvirkni kerfisins í 92%.
3, kerfisbundin lausn
(1) Hagræðing tækis
Efni nýsköpun: Þriðja - kynslóð hálfleiðara efni (Gan, sic) hafa sýnt verulega kosti. Rafeinda hreyfanleiki gan díóða er 5 sinnum meiri en Si, með niðurskurðartíðni allt að 10 GHz og 70% lækkun á viðnám (RDS (ON)). Eftir að hafa notað SIC SBD á ákveðnum gervihnattagarði var það stöðugt við háan hita 200 gráðu og minnkaði orkunotkun um 60%.
Uppbygging nýsköpunar: Super Junction Technology er samstillt dreifingu rafsviðsins með því að skipuleggja P/N dálka til skiptis og draga úr VF 600V SIC SBD frá 1,7V í 1,1V. Uppbygging skurðar MOSFET dregur úr viðnám frá 2m Ω · cm ² í hefðbundnum planar mannvirkjum í 0,5 m Ω · cm ².
Ferli bylting: Notkun jónígræðslutækni gerir kleift að ná nákvæmri stjórn á styrk lyfja og draga úr öfugri batahleðslu (QRR) frá 50NC til 5NC. Ákveðinn framleiðandi sjóneiningar hefur stytt viðbragðstíma 10Gbps pinna díóða í 30PS með því að hámarka þykkt epitaxial lagsins.
(2) Hönnun á hringrás
Samstillt leiðréttingartækni: Með því að skipta um hefðbundna díóða fyrir n - gerð MOSFETS hefur skilvirkni 48V samskiptaframleiðsla verið bætt úr 85% í 94%. Eftir að hafa samþykkt þessa tækni náði ákveðin gagnaver árlega orkusparnað upp á 1,2 milljónir kWst.
Mjúkur rofi Topology: LLC Resonant Converter nær núll spennuskiptum (ZV) í gegnum resonant straum, dregur úr díóða spennuálagi um 40%. Í 5kW samskiptaframboði nær þessi topology skilvirkni um 96% og dregur úr hitastigshækkun um 15 gráðu.
Hagræðing skipulags: 3D umbúðatækni er notuð til að samþætta díóða lóðrétt með ökumannsflögum og draga úr sníkjudýrum frá 3NH til 0,5NH. Ákveðin 5G lítil grunnstöð hámarkaði PCB leið til að draga úr hvata díóða lykkju frá 10NH til 2NH og draga úr tapi um 65%.
(3) Hitastjórnun kerfisstigs
Fasaskiptiefni (PCM): Innbyggt með parafín byggð PCM í díóða umbúðum, með því að nota dulda bræðsluhita (200-250J/g) til að taka upp hámarkshita. Tilraunir hafa sýnt að PCM getur dregið úr amplitude hitastigs sveiflna um 40% við hitaþéttleika 10W/cm ².
Kæling á örrásum: Kísilbasandi örrásarhitavaskur er notaður í AAU -einingunni á grunnstöðinni, með vatnskælisbreidd aðeins 50 μ m og convective hitaflutningsstuðull 10 ^ 4W/(m ² · k). Raunverulegt próf ákveðins rekstraraðila sýnir að þessi tækni dregur úr hitastigshækkun díóða úr 65 gráðu í 38 gráðu.
Greindur reiknirit hitastýringar: Með því að fylgjast með breytingum á díóða VF í rauntíma (VF minnkar um 2MV fyrir hverja 1 gráðu hækkun á hitastigi), aðlagar virkni tíðni og skylduhring. Eftir að hafa tekið upp þennan reiknirit getur ákveðið sjón flutningstæki stjórnað afköstum sveiflu innan ± 0,5dB í umhverfi -40 gráðu að +85 gráðu.
4, Mál í iðnaði
Huawei hefur tileinkað sér rafmagnsmyndunarkerfi með því að nota Gan Hemt parað við SIC SBD í hönnun 5G gríðarlegra MIMO loftnets, sem hefur aukið afköst einnar rásar úr 40W í 64W með 48%skilvirkni. ZTE Corporation beitir skurða MOSFET samstillta leiðréttingartækni í sjónflutningseiningum og dregur úr orkunotkun 200g sjóneininga frá 24W til 18W. Ericsson samþættir kælikerfi með örrásum í rafstöðvum stöðvarinnar, sem gerir kleift að vera meiri en 1KW/L og díóða mótunarhitastig geta verið stöðugir undir 85 gráðu.