چگونه می توان از دیودها و MOSFET برای ساخت مدارهای حفاظت از ارتباط استفاده کرد؟

一 ، اصل فنی: از ویژگی های مؤلفه گرفته تا حفاظت از سطح سیستم
1. مکانیسم محافظت از دیودها
دیود سرکوب کننده TVS از طریق اثر تجزیه بهمن ، پاسخ سطح نانو ثانیه را به دست می آورد و پارامترهای اصلی آن شامل موارد زیر است:
ولتاژ خرابی (VBR): آستانه حفاظت را تعیین می کند ، که معمولاً مشخصات 5 ولت ، 12 ولت ، 24 ولت برای تجهیزات ارتباطی استفاده می شود
ولتاژ گیره (VC): قابلیت محافظت از ولتاژ را منعکس می کند ، دستگاههای با کیفیت بالا- می توانند به VC/VBR دست یابند<1.3
جریان پالس اوج (IPP): مقاومت در برابر افزایش را مشخص می کند ، و برنامه های مرکز داده باید به ده ها سطح کیلوامپر برسد
در آزمایشی که توسط یک اپراتور استانی انجام شده است ، یک ماژول قدرت ایستگاه پایه 5G با استفاده از دیودهای تلویزیون دو طرفه با موفقیت در برابر تأثیر افزایش 10 کیلو ولت در زیر شکل موج 8/20 میکروگرم ، با کاهش 92 ٪ در نرخ خطا مقاومت می کند.
دیودهای Schottky به دلیل افت ولتاژ رو به جلو از 0.1-0.3 ولت در مدارهای ضد معکوس عملکرد خوبی دارند. پس از اتخاذ آرایه های دیود شوتکی در یک مرکز داده خاص ، مصرف برق سیستم منبع تغذیه 24 ولت از 14W به 0.8W کاهش یافت و پس انداز سالانه برق به 2100 کیلووات ساعت رسید.
2. ویژگی های تعویض ترانزیستورهای MOS
ترانزیستور NMOS مزایای منحصر به فردی را در مدار ضد معکوس نشان می دهد:
Conduction condition: Vgs>VTH (ولتاژ آستانه) ، مقدار معمولی 1-4V
در برابر مقاومت (RDS (ON)): فناوری مدرن به سطح MillioHM رسیده است ، با مصرف برق تنها 0.8W در جریان 20a
سرعت تعویض: پاسخ سطح نانو ثانیه ، بسیار برتر از رله های سنتی
داده های آزمایش واقعی از یک سازنده تجهیزات ارتباطی خاص نشان می دهد که پس از استفاده از مدار ضد معکوس NMOS ، زمان راه اندازی دستگاه از 50ms به 2ms کوتاه شده است ، و برآورده می شود که نیازهای سوئیچینگ سطح میلی ثانیه ایستگاه های پایه 5G را برآورده می کند.
اگرچه ترانزیستورهای PMOS به دلیل مقاومت در برابر مقاومت کمتری از آنها استفاده می شود ، اما هنوز هم در سناریوهای رانندگی بالا- بالایی دارند. یک ماژول نوری خاص PMOS را برای دستیابی به محافظت از قدرت -48 ولت اتخاذ می کند ، و با موفقیت جریان نشت معکوس را زیر 0.1 میکروگرم کنترل می کند.
2 ، برنامه مشترک: ساخت یک سیستم حفاظت از سطح سه {1}
1. حفاظت از سطح ورودی: اختلالات شبکه برق را سرکوب کنید
راه حل 1: TVS+محافظت از کامپوزیت NMOS
استفاده از ترکیبی از دیودهای تلویزیونی دو طرفه و ترانزیستورهای NMOS در پایان دسترسی به برق:
دیود TVS افزایش 6kV را زیر 10/1000 میکروگرم در شکل موج جذب می کند
ترانزیستور NMOS تشخیص قطبیت قدرت و تعویض خودکار را تحقق می بخشد
زمان پاسخ<50ns, protection level up to IEC 61000-4-5 Level 4
پس از استفاده از این راه حل در ایستگاه پایه بیابانی ، تعداد خرابی تجهیزات ناشی از اعتصاب صاعقه در سال از 12 به 1 کاهش یافته و هزینه های نگهداری 85 ٪ کاهش یافته است.
گزینه 2: بهینه سازی پل یکسو کننده+ترانزیستور MOS
برای پرداختن به مسئله افت ولتاژ 0.7 ولت در پل های یکسو کننده سنتی ، از ترانزیستورهای MOS به جای دیود استفاده می شود
ساخت یک مدار اصلاح همزمان با استفاده از 4 ترانزیستور NMOS
مقاومت در برابر 0.7 Ω به 20 متر Ω کاهش یافته است
راندمان از 85 ٪ به 98 ٪ افزایش یافته است
پس از استفاده از این فناوری در یک مرکز ابر رایانه خاص ، پس انداز انرژی سالانه به 1.2 میلیون کیلووات ساعت رسید که معادل کاهش انتشار کربن با 980 تن است.
2. تنظیم ولتاژ میانی: تداخل هارمونیک را از بین ببرید
راه حل: دیود زنر+ترکیب LDO
تنظیم ولتاژ دو مرحله در فرآیند تبدیل DC DC -} اتخاذ شده است:
دیود Zener تثبیت ولتاژ اولیه را فراهم می کند و نوسانات ولتاژ 10 ± را جذب می کند
تنظیم کننده LDO بیشتر سرکوب موج را به زیر 10 میلی ولت می کند
نیازهای منبع تغذیه تراشه های دیجیتال مانند FPGA را برآورده کنید
پس از استفاده از این محلول برای 5G AAU خاص ، پایداری قدرت انتقال با 3DB افزایش یافته و شعاع پوشش 8 ٪ افزایش یافته است.
حفاظت از سطح خروجی: از جریان معکوس جلوگیری می کند
راه حل: کنترل کننده Oring+ترانزیستور MOS
در سیستم های قدرت اضافی ، از روش های زیر استفاده می شود:
دیود شوتکی به انزوا اولیه می رسد
سوئیچینگ بدون درز از منبع تغذیه اضافی N {{0} با استفاده از ترانزیستور MOS
زمان تعویض از 10ms به 50 میکرومتر کاهش می یابد
پس از استفاده از این راه حل در یک مرکز داده خاص ، حادثه قطع برق ناشی از تعویض برق در آرایه ذخیره سازی کاملاً از بین رفت.
3 ، تمرین صنعت: راه حل های سناریوی معمولی
1. بهینه سازی منبع تغذیه ایستگاه پایه
برای پرداختن به مسئله منبع تغذیه ناپایدار برای ایستگاه های پایه از راه دور ، یک سیستم منبع تغذیه ترکیبی "انرژی خورشیدی+باتری+تنظیم کننده ولتاژ هوشمند" اتخاذ شده است:
انتخاب تنظیم کننده ولتاژ: محدوده ورودی 180-520VAC ، دقت خروجی 0.5 ±
پیکربندی MOS: NMOS برای کنترل شارژ باتری استفاده می شود ، PMOS برای سوئیچینگ برق بار استفاده می شود
استراتژی کنترل: کنترل اتصال بین تنظیم کننده ولتاژ و BMS را از طریق اتوبوس CAN اجرا کنید
پس از استفاده از این راه حل در ایستگاه پایه ارتفاع - ، مدت زمان قطع برق سالانه از 72 ساعت به 3 ساعت کاهش یافته و در دسترس بودن شبکه به 99.99 ٪ افزایش یافته است.
2. ارتقاء معماری مرکز داده
برای پرداختن به چالش های منبع تغذیه کابینت های چگالی بالا- ، یک معماری قدرت مدولار اتخاذ شده است:
هر ماژول برق از مبادله داغ پشتیبانی می کند ، و یک شکست ماژول واحد بر عملکرد سیستم تأثیر نمی گذارد
ترانزیستور MOS به اشتراک گذاری اتوماتیک 4 منبع تغذیه ورودی ، با درجه تعادل بار 2 ٪ دست می یابد
نظارت هوشمند: دستیابی به زمان واقعی پارامترهای ولتاژ ، جریان و دما از طریق اتوبوس I2C
پس از استفاده از این راه حل در یک مرکز داده بزرگ - ، مقدار PUE از 1.6 به 1.3 کاهش یافت و پس انداز انرژی سالانه به 12 میلیون کیلووات ساعت رسید.
3. محافظت از رابط ماژول نوری
برای شماره حساسیت ESD از ماژول های نوری 400 گرم ، محافظت از سطح سه {1 {}} اتخاذ شده است:
سطح 1: دیود TVS تخلیه تماس 15 کیلو ولت را جذب می کند
سطح دوم: دیود زنر ولتاژ را به 5.6 ولت محدود می کند
سطح 3: شبکه فیلتر RC تداخل فرکانس بالا- را از بین می برد
داده های آزمایشی از یک سازنده تجهیزات خاص نشان می دهد که این راه حل میزان خرابی ESD ماژول نوری را از 3 ٪ به 0.02 ٪ کاهش می دهد.
4 ، تکامل فناوری: نوآوری محافظت برای 6G
با محبوبیت ارتباط موج میلی متر ، ارتباطات ترهرتز و سایر فناوری ها در دوره 6G ، سیستم های منبع تغذیه با چالش های بالاتری روبرو هستند:
نیاز به سر و صدای فوق العاده کم: برای برآورده کردن الزامات دقت فاز رادار آرایه مرحله ای باید به سطح μ V سرکوب شود
بهبود پاسخ پویا: برای سازگاری با جهش قدرت ناشی از پرتو باید زمان پاسخ به سطح μ s کوتاه شود
تبدیل انرژی کارآمد: فرکانس سوئیچ به سطح MHz افزایش یافته و باعث کاهش حجم اجزای منفعل می شود
نقاط مهم تحقیقاتی شامل موارد زیر است:
دستگاه های محافظ نیترید گالیم (GAN): سوئیچینگ فرکانس تا 10 مگاهرتز ، راندمان بیش از 95 ٪
فناوری ادغام مغناطیسی: ادغام سلف ها با ترانسفورماتورها ، کاهش حجم 40 ٪
کنترل حفاظت دیجیتال: تنظیم پارامتر تطبیقی ​​که از طریق DSP حاصل می شود
5 ، پیشنهاد اجرای: مدیریت کامل چرخه عمر از انتخاب به عملیات و نگهداری
معیارهای انتخاب مؤلفه:
دیود TVS: دستگاه هایی را با VC/VBR انتخاب کنید<1.3 and Ipp>10ka
ترانزیستور MOS: RDS (ON)<5m Ω Vgs(th)<2V,Ciss<1nF
دیود زنر: ضریب دما<-2mV/℃, dynamic resistance<10 Ω
نکات کلیدی طراحی سیستم:
برای جلوگیری از فشار بیش از حد بر روی محافظت از سطح ، از اصل "محافظت درجه بندی شده" پیروی کنید
20 ٪ حاشیه برق را برای تأمین نیازهای گسترش آینده رزرو کنید
اتخاذ یک معماری منبع تغذیه توزیع شده برای کاهش تلفات انتقال طولانی-
استانداردهای مدیریت و نگهداری:
آزمایش بار سه ماهه برای تأیید صحت محافظت
برای جلوگیری از تخریب ظرفیت سالانه خازن های الکترولیتی را جایگزین کنید
برای دستیابی به پیش بینی گسل ، یک پایگاه داده کیفیت منبع تغذیه ایجاد کنید
https://www.trsemicon.com/transistor/n {2} Channel {4 }60 {5 {5 {6 {7 {7 }S-mosfet-irfz44.html