Kuinka käyttää diodeja ja MOSFET: ää viestintäsuojapiirien rakentamiseen?

一, Tekninen periaate: Komponenttien ominaisuuksista järjestelmän tason suojaan
1. Diodien suojausmekanismi
Televisioiden ohimenevä tukahduttamis diodi saavuttaa nanosekunnin tason vasteen Avalanche -hajoamisvaikutuksen kautta, ja sen ydinparametreihin sisältyy:
Jakautumisjännite (VBR): Määrittää suojakynnyksen, yleisesti käytetty 5 V, 12 V, 24 V: n tekniset tiedot viestintälaitteille
Puristinjännite (VC): heijastaa ylijännitesuojauskykyä, korkeat - laatulaitteet voivat saavuttaa VC/VBR: n<1.3
Piikin pulssivirta (IPP): Karakterisoi ylijännityksen vastus- ja datakeskuksen sovellusten on saavutettava kymmeniä kiloampere -tasoja
Provincial -operaattorin suorittamassa testissä 5G: n tukiaseman tehomoduuli, joka käyttää kaksisuuntaista TV -diodeja, kestäisivät onnistuneesti 10 kV: n nousun vaikutuksen 8/20 μs: n aaltomuodossa, ja virheprosentin väheneminen 92%.
Schottky-diodit toimivat hyvin vastakkaisissa piireissä johtuen niiden alhaisesta eteenpäin suuntautuvasta jännitteen pudotuksesta 0,1-0,3 V. Schottky -diodijärjestelmien käyttöönoton jälkeen tietyssä tietokeskuksessa 24 V: n virtalähdejärjestelmän virrankulutus laski 14W: stä 0,8 W: iin ja vuotuiset virtaläsäästöt saavuttivat 2100 kWh.
2. MOS -transistorien kytkentäominaisuudet
NMOS -transistorilla on ainutlaatuisia etuja käänteispiirissä:
Conduction condition: Vgs>VTH (kynnysjännite), tyypillinen arvo 1-4 V
Resistance (RDS (ON)): Nykyaikainen tekniikka on saavuttanut Milliohm -tason, ja virrankulutus on vain 0,8 W 20A -virtaa
Kytkentänopeus: Nanosekunnin tason vaste, paljon parempi kuin perinteiset releet
Tietyn viestintälaitteiden valmistajan todelliset testitiedot osoittavat, että NMOS -kääntöpiirin käytön jälkeen laitteen käynnistysaika on lyhennetty 50 ms: stä 2 ms: iin, mikä täyttää millisekunnin tason kytkentävaatimukset 5G tukiasemilla.
Vaikka PMOS -transistoreita käytetään harvemmin niiden korkean vastustuskyvyn takia, niillä on silti arvo korkeissa - loppuajo -skenaarioissa. Tiety optinen moduuli hyväksyy PMOS: n -48 V: n tehonsuojauksen saavuttamiseksi, hallitsemalla käänteisen vuotovirran onnistuneesti alle 0,1 μ A.
2, yhteistyöhön liittyvä sovellus: Kolmen - tason suojausjärjestelmän rakentaminen
1. Syöttötason suojaus: tukahduta sähköverkkojen häiriöt
Ratkaisu 1: TVS+NMOS -komposiittisuojaus
Kaksisuuntaisten TV -diodien ja NMOS -transistorien yhdistelmän käyttöönotto verkkovirran pääsyn lopussa:
TVS -diodi imee 6KV: n nousun alle 10/1000 μs: n aaltomuodossa
NMOS -transistori toteuttaa tehon napaisuuden havaitsemisen ja automaattisen kytkentä
Reaktioaika<50ns, protection level up to IEC 61000-4-5 Level 4
Kun tämä liuos on levitetty autiomaahan, salamakkojen vuodessa aiheuttamien laitteiden vikojen lukumäärä laski 12: sta 1: een ja ylläpitokustannukset vähenivät 85%.
Vaihtoehto 2: Tasasuuntaajan sillan+MOS -transistorin optimointi
Perinteisten tasasuuntaajaltojen 0,7 V: n jännitteen pudotuskysymyksen käsittelemiseksi käytetään MOS -transistoreja diodien sijasta
Synkronisen oikaisupiirin rakentaminen käyttämällä 4 NMOS -transistoria
On vastus laski 0,7 Ω: sta 20 m Ω: iin
Tehokkuus kasvoi 85%: sta 98%: iin
Tämän tekniikan soveltamisen jälkeen tietyssä supertietokonekeskuksessa vuotuiset energiansäästöt olivat 1,2 miljoonaa kWh, mikä vastaa hiilidioksidipäästöjen vähentämistä 980 tonnilla.
2. Välijännitteen säätely: Eliminoi harmoniset häiriöt
Ratkaisu: Zener -diodi+LDO -yhdistelmä
Kahden vaiheen jännitesäätely otetaan käyttöön tasavirta - DC -muuntamisprosessissa:
Zener -diodi tarjoaa ensisijaisen jännitteen stabiloinnin ja absorboi ± 10% jännitteen vaihtelut
LDO -säädin estää edelleen Ripplen alle 10 mV
Täytä digitaalisten sirujen, kuten FPGA, virtalähdevaatimukset
Kun tämä liuos on sovellettu tiettyyn 5G AAU: hon, siirtotehon stabiilisuus kasvoi 3DB: llä ja kattavuussäde kasvoi 8%.
3. Lähtötason suojaus: estää käänteistä virtaa
Ratkaisu: Oring -ohjain+MOS -transistori
Tarpeellisissa sähköjärjestelmissä käytetään seuraavia menetelmiä:
Schottky -diodi saavuttaa ensisijaisen eristyksen
N +1 redundantti virtalähde MOS -transistorin avulla saumaton kytkentä
Kytkentäaika väheni 10 ms: stä 50 μs
Kun tämä ratkaisu on sovellettu tiettyyn datakeskukseen, tallennusryhmän virrankytkentäen aiheuttama sähkökatko -onnettomuus eliminoitiin kokonaan.
3, teollisuuskäytäntö: Tyypilliset skenaarioratkaisut
1. Tukiaseman virtalähteen optimointi
Etätukiasemien epävakaan virtalähteen ratkaisemiseksi hyväksytään "aurinkoenergia+akku+älykäs jännitesäädin" hybridivirtalähdejärjestelmä:
Jännitesäätimen valinta: Syöttöalue 180-520 VAC, lähtötarkkuus ± 0,5%
MOS -konfiguraatio: NMOS: ää käytetään akun lataamiseen, PMOS: ta käytetään kuormitusvirran kytkemiseen
Ohjausstrategia: toteuttaa kytkentäohjaus jännitesäätimen ja BMS: n välillä CAN -väylän kautta
Saatuaan tämän ratkaisun korkealle - korkeusasemalle vuotuinen sähkökatkon kesto laski 72 tunnista 3 tuntiin ja verkon saatavuus nousi 99,99%: iin.
2. datakeskuksen arkkitehtuurin päivitys
Korkean - tiheyskaapin virransyöttöhaasteiden ratkaisemiseksi otetaan käyttöön modulaarinen voimaarkkitehtuuri:
Jokainen virtalähde tukee kuumaa vaihtoa, ja yksi moduulin vika ei vaikuta järjestelmän toimintaan
MOS -transistori saavuttaa automaattisen virran jakamisen 4 syöttövirtalähteestä, kuorman tasapainotusasteessa ± 2%
Älykäs seuranta: Jännite-, virran ja lämpötilaparametrien reaaliaikainen hankkiminen I2C -väylän kautta
Kun tämä ratkaisu on sovellettu suureen - asteikon datakeskukseen, PUE -arvo laski 1,6: sta 1,3: een ja vuotuiset tehonsäästöt saavuttivat 12 miljoonaa kWh.
3. Optisen moduulin rajapinnan suojaus
400G: n optisten moduulien ESD -herkkyysongelmalle hyväksytään kolme - tason suojausta:
Taso 1: TVS -diodi absorboi ± 15 kV: n kontaktin purkamista
Toinen taso: Zener -diodi rajoittaa ylijännitteen 5,6 V: iin
Taso 3: RC -suodatusverkko eliminoi korkeat - taajuushäiriöt
Tietyn laitevalmistajan testitiedot osoittavat, että tämä ratkaisu vähentää optisen moduulin ESD -vikaantumisnopeutta 3%: sta 0,02%: iin.
4, teknologinen evoluutio: Suojainnovaatio 6G: lle
Millimetrin aaltoviestintä, terahertsikommunikaatio ja muut tekniikat 6G -aikakaudella, virransyöttöjärjestelmät kohtaavat korkeampia haasteita:
Erittäin matala kohinan vaatimus: Tehon aaltoilu on tukahdutettava μ V -tasolle vaiheen tarkkuusvaatimusten täyttämiseksi vaiheittaisen ryhmän tutkan vaatimukset
Dynaaminen vasteen parantaminen: Vastausaika on lyhennettävä μs -tasolle sopeutuakseen säteenmuodon aiheuttamaan tehon mutaatioon
Tehokas energian muuntaminen: Kytkintaajuus kasvoi MHz -tasoon vähentäen passiivisten komponenttien määrää
Nykyisiin tutkimuspisteisiin kuuluu:
Gallium -nitridi (GAN) Suojalaitteet: Kytkentätaajuus jopa 10MHz: iin, tehokkuus yli 95%
Magneettinen integraatiotekniikka: Induktorien integrointi muuntajiin, vähentämällä äänenvoimakkuutta 40%
Digitaalisen suojauksen hallinta: DSP: n kautta saavutettu mukautuva parametrien säätö
5, toteutusehdotus: Täysi elinkaaren hallinta valinnasta toimintaan ja ylläpitoon
Komponenttien valintakriteerit:
TVS -diodi: Valitse laitteet VC/VBR: llä<1.3 and Ipp>10KA
MOS -transistori: RDS (ON)<5m Ω Vgs(th)<2V,Ciss<1nF
Zener -diodi: Lämpötilakerroin<-2mV/℃, dynamic resistance<10 Ω
Järjestelmän suunnittelun keskeiset kohdat:
Noudata "luokiteltujen suojelun" periaatetta, jotta vältetään liiallinen paine yhden tason suojaamisessa
Varaa 20%: n voimamarginaali vastaamaan tulevia laajentumistarpeita
Hajautetun virtalähteen arkkitehtuurin omaksuminen pitkien - etäisyyssiirtohäviöiden vähentämiseksi
Käyttö- ja huoltohallintastandardit:
Neljännesvuosittainen kuormitustestaus suojaustarkkuuden tarkistamiseksi
Vaihda elektrolyyttiset kondensaattorit vuosittain kapasiteetin heikkenemisen estämiseksi
Luo virtalähteen laatutietokanta vian ennustamisen saavuttamiseksi
https://www.trrsemicon.com/transistor/n {{2 }Channel.