Насколько критичено время восстановления диодов в приложениях связи?

1, физическая сущность и механизм отказа времени обратного восстановления
Физический процесс эффекта хранения заряда
Когда диод переключается из состояния передней проводимости, чтобы обратить вспять состояние отсечки, носители меньшинств (отверстия и электроны), хранящиеся на обеих сторонах перекрестка PN, должны быть очищены посредством рекомбинации или дрейфа. Принимая кремниевые диоды на основе кремния - в качестве примера, при проведении в прямом направлении плотность отверстия, хранящаяся в области P, может достигать 10 ⁶/см ³. Эти носители должны пройти время хранения (t ₁), время оседания (t ₂) и время пробуждения (t ∝) при обратном напряжении, чтобы полностью исчезнуть. Фактические данные тестирования показывают, что обычные диоды PN -соединения могут достичь времени обратного восстановления до 200NS при прямом токе 10А, что приводит к всплеску переходного напряжения 1,5 В в процессе переключения.
Режимы сбоя в высоких сценариях частоты-
В сценариях связи выше 100 МГц длительное время восстановления обратного восстановления приведет к множеству сбоев:
Вскоре потери переключения: потеря энергии во время обратного восстановления пропорциональна TRR. В качестве примера, принимая цепь драйвера Ган Хемта, на каждые увеличение TRR на 10NS потери переключения увеличиваются на 15%.
Ухудшение электромагнитных помех (EMI): быстро изменяющийся DI/DT (скорость изменения тока) генерирует высокий - частотный шум. Фактическое тестирование показывает, что спектр EMI TRR =100 NS-диод превышает стандартный предел CISPR 32 на 12 дБ в диапазоне 100 МГц-1 ГГц при переключении.
Накопление теплового напряжения: потеря мощности во время процесса обратного восстановления преобразуется в тепловую энергию, что приводит к повышению температуры соединения. Определенный тест модуля связи показывает, что температура соединения диода с TRR =150 NS на 25 градусов выше, чем у устройства TRR =50 ns после непрерывной работы в течение 1 часа.
2, Влияние времени обратного восстановления на производительность связи
Ограничения на эффективность преобразования мощности
В DC ​​- преобразователя DC обратное время восстановления напрямую влияет на эффективность. Принимая схему доллара в качестве примера, когда входное напряжение составляет 48 В, а выходной ток составляет 10А:
Эффективность диода Шоттки с TRR =50 NS может достигать 95%
Эффективность обычного диода с TRR =200 NS составляет всего 88%
Задача целостности сигнала
В High - скорость цифровой связи, перестройки напряжения и звон, вызванное временем обратного восстановления, могут ухудшить качество диаграммы глаз. Принимая интерфейс PCIE 5.0 в качестве примера, при использовании диода TRR =80} NS закрытие глаза уменьшается на 30%, а частота ошибок бита (BER) увеличивается с 10 ² ² до 10 ⁻⁹. Данные моделирования показывают, что на каждые 10NS увеличения TRR время повышения сигнала увеличивается на 50 л.с., что приводит к уменьшению маржинала времени.
Риск надежности системы
Долгосрочная высокая температурная работа- будет ускорить старение диодов. Тест оборудования для спутниковой связи показал, что диод с TRR =120 NS имеет срок службы только 1/5 от устройства TRR =30 NS при температуре окружающей среды 125 градусов. Анализ сбоев показывает, что тепловое напряжение, приводящее к расслоению слоя металлизации и отряду связующей проволоки, являются основными режимами отказа.
3, Стратегия оптимизации для обратного времени восстановления
Инновации в материалах и устройствах
Широкий полупроводник с широкой полосой. SIC Cree Company 1200V SCD снижает TRR на 70% по сравнению с устройствами SI при токе 10А.
Технология допинга золота: внедряя золото в качестве композитного центра, время жизни носителя может быть сокращено от 1 мкл до 10 нс. Диод быстрого восстановления Infineon принимает эту технологию с TRR 35NS.
Оптимизация структуры контакта: уменьшение ширины области I Я могу снизить емкость хранения заряда. Ультра быстрого восстановления диода Rohm разработан с областью 0,5 мкм -, уменьшая TRR до 25NS.
Оптимизация конструкции схемы
Технология мягкого переключения: переключение нулевого напряжения (ZVS) может устранить пики напряжения во время обратного восстановления. Фактическое тестирование показывает, что технология ZVS уменьшает влияние диодного TRR на 60%.
Синхронное исправление: замена диодов на МОСФЕТАМ может полностью устранить TRR. Синхронный контроллер Ti LM5164 достигает эффективности 96% на частоте переключения 1 МГц.
Подавление паразитических параметров: с помощью 3D -упаковки технология упаковки, индуктивность свинца уменьшается с 5NH до 1NH, увеличивая DI/DT с 50А/нс до 250A/нс и сокращение TRR.
Системный уровень тепловой управление
Микроканальное жидкое охлаждение: базовые станции Huawei используют кремниевые пластины на основе жидкого охлаждения на основе микроканалов, которые снижают температуру диодного соединения с 150 градусов до 110 градусов и сокращают TRR на 20%.
Фазовое рассеивание теплового рассеяния: материал композитной фазы на основе парафина, разработанный ZTE Corporation, может поглощать 800J тепла в точке изменения фазы 120 градусов, задерживая деградацию TRR с температурой.
https://www.trrsemicon.com/transistor/smdbemdpemploarmberbe.generalmeralmeralmalmeralmallibold.com/transistor/smd