যোগাযোগ সার্কিটগুলিতে ডায়োডের হিটিং সমস্যা কীভাবে সমাধান করবেন?

1, যোগাযোগের পরিস্থিতিতে ডায়োডের হিটিং মেকানিজম
যোগাযোগ সার্কিটগুলির বৈশিষ্ট্যটি ডায়োড হিটিংয়ের তিনটি প্রধান বৈশিষ্ট্য নিয়ে যায়: উচ্চ - ফ্রিকোয়েন্সি স্যুইচিং ক্ষতি, বিপরীত পুনরুদ্ধার ক্ষতি এবং পরজীবী প্যারামিটার ক্ষতি। উদাহরণ হিসাবে 5 জি বেস স্টেশন পিএ মডিউলটি গ্রহণ করে, এর অপারেটিং ফ্রিকোয়েন্সি 4GHz ছাড়িয়েছে এবং ডায়োডকে ন্যানোসেকেন্ডগুলির মধ্যে পরিবাহিতা কাট অফ স্যুইচিং সম্পূর্ণ করতে হবে। এই মুহুর্তে, যদিও traditional তিহ্যবাহী দ্রুত পুনরুদ্ধারের ডায়োডগুলির (টিআরআর) বিপরীত পুনরুদ্ধারের সময় (টিআরআর) 20 - 50ns এ অনুকূলিত হয়েছে, তবে উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি স্যুইচিংয়ের অধীনে উল্লেখযোগ্য ক্ষতি এখনও ঘটে। জোলের আইন অনুসারে, যখন স্যুইচিং ফ্রিকোয়েন্সি 1MHz থেকে 10MHz এ বৃদ্ধি পায়, তখন ডায়োডের স্যুইচিং ক্ষতি তাত্পর্যপূর্ণভাবে বৃদ্ধি পাবে।
বিপরীত পুনরুদ্ধার ক্ষতি আরেকটি বড় তাপ উত্স। যখন ডায়োডটি কন্ডাক্টিং স্টেট থেকে কাট অফ স্টেটে স্যুইচ করে, পিএন জংশনে সঞ্চিত সংখ্যালঘু ক্যারিয়ারগুলি পুনঃসংযোগ বা নিষ্কাশনের মাধ্যমে নির্মূল করা দরকার এবং এই প্রক্রিয়া দ্বারা গঠিত বিপরীত পুনরুদ্ধার কারেন্ট (আইআরআর) ফরোয়ার্ড কারেন্টের তুলনায় 1.5 - 3 বার পৌঁছতে পারে। যোগাযোগ বিদ্যুৎ সরবরাহের ডিসি-ডিসি রূপান্তর সার্কিটের মধ্যে, যদি টিআরআর =35 ns এবং আইআরআর =2 এ সহ একটি দ্রুত পুনরুদ্ধার ডায়োড নির্বাচন করা হয়, তবে একটি একক নলটির বিপরীত পুনরুদ্ধার ক্ষতি 1MHz এর স্যুইচিং ফ্রিকোয়েন্সি 0.7W এ পৌঁছতে পারে, সরাসরি জংশন তাপমাত্রা বৃদ্ধির দিকে এগিয়ে যায়।
প্যারাসিটিক প্যারামিটার ক্ষতি প্যাকেজড ইন্ডাক্ট্যান্স (এলপিআর) এবং সীসা প্রতিরোধের (আরএলইডি) থেকে উদ্ভূত হয়। মিলিমিটার ওয়েভ যোগাযোগে (24-100GHz) দৃশ্যে, 0.5nh এর একটি পরজীবী ইন্ডাক্টেন্স যখন 10 এ এর ​​স্রোত পরিবর্তিত হয়, যখন অতিরিক্ত বিদ্যুৎ খরচ হয় তখন 5V এর একটি ওভারশুট ভোল্টেজ তৈরি করতে পারে। একটি নির্দিষ্ট স্যাটেলাইট যোগাযোগ সরঞ্জাম একবারে একটি অপ্রচলিত ডায়োড সীসা প্রতিরোধের কারণে মডিউল তাপীয় ব্যর্থতার অভিজ্ঞতা অর্জন করে, যার ফলে একক টিউব শক্তি খরচ 0.3W বৃদ্ধি পায়।
2, যোগাযোগ সার্কিটের বিশেষ চ্যালেঞ্জ
যোগাযোগ সরঞ্জাম ডায়োডগুলিতে চারটি কঠোর প্রয়োজনীয়তা আরোপ করে:
উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি সামঞ্জস্যতা: 5 জি বেস স্টেশনগুলির জন্য 0.3-6GHz ফ্রিকোয়েন্সি ব্যান্ডকে সমর্থন করার জন্য উপাদানগুলির প্রয়োজন হয় এবং traditional তিহ্যবাহী এসআই ডায়োডগুলির কাট অফ ফ্রিকোয়েন্সি (এফটি) কেবল 100-300 মেগাহার্টজ, যা প্রয়োজনীয়তাগুলি পূরণ করা কঠিন।
স্বল্প ক্ষতির বৈশিষ্ট্য: অপটিকাল যোগাযোগ মডিউলটির জন্য সংকেত মনোযোগ হ্রাস করতে 0.3V এর চেয়ে কম ডায়োড পরিবাহিতা ভোল্টেজ ড্রপ (ভিএফ) প্রয়োজন।
উচ্চ নির্ভরযোগ্যতা মান: মহাকাশ যোগাযোগের জন্য 10 ^ -9/ঘন্টা এর চেয়ে কম ব্যর্থতার হার (ফিট) সহ -55 ডিগ্রি থেকে +125 ডিগ্রি পর্যন্ত তাপমাত্রার পরিসীমাটির মধ্যে স্থিরভাবে পরিচালনা করার জন্য উপাদানগুলির প্রয়োজন।
মিনিয়েচারাইজেশন প্রয়োজনীয়তা: পর্যায়ক্রমে অ্যারে রাডারটির টি/আর মডিউলটি কয়েকশ ডায়োডকে সংহত করতে হবে এবং একক উপাদানটির আকার 0.5 মিমি × 0.5 মিমি মধ্যে নিয়ন্ত্রণ করা প্রয়োজন।
একটি নির্দিষ্ট বেস স্টেশন প্রস্তুতকারক একবার পাওয়ার সংশ্লেষণের জন্য traditional তিহ্যবাহী স্কটকি ডায়োডস (এসবিডিএস) ব্যবহার করেছিলেন, তবে ডিভাইস টিআরআর =10 ns এর কারণে দক্ষতা 5%হ্রাস পেয়েছে। অবশেষে, তারা আল্ট্রাফাস্ট রিকভারি ডায়োডস (ইউএফআরডিএস) দিয়ে গ্যান হেম্টগুলিতে স্যুইচ করে, যা সিস্টেমের দক্ষতা 92%এ বাড়িয়ে তোলে।
3, পদ্ধতিগত সমাধান
(1) ডিভাইস স্তর অপ্টিমাইজেশন
উপাদান উদ্ভাবন: তৃতীয় - প্রজন্মের সেমিকন্ডাক্টর উপকরণ (গাএন, এসআইসি) উল্লেখযোগ্য সুবিধাগুলি দেখিয়েছে। গাএন ডায়োডের বৈদ্যুতিন গতিশীলতা এসআইয়ের চেয়ে 5 গুণ বেশি, 10GHz অবধি কাটফের ফ্রিকোয়েন্সি এবং প্রতিরোধের (আরডিএস (ওএন)) এ 70% হ্রাস। একটি নির্দিষ্ট স্যাটেলাইট পে -লোডে এসআইসি এসবিডি ব্যবহার করার পরে, এটি 200 ডিগ্রি উচ্চ তাপমাত্রায় স্থিতিশীল থেকে যায় এবং বিদ্যুতের খরচ 60%হ্রাস করে।
কাঠামোগত উদ্ভাবন: সুপার জংশন প্রযুক্তি পর্যায়ক্রমে পি/এন কলামগুলি সাজিয়ে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র বিতরণকে একত্রিত করে, 600 ভি এসআইসি এসবিডি এর ভিএফকে 1.7 ভি থেকে 1.1V এ হ্রাস করে। ট্রেঞ্চ মোসফেট কাঠামো 2 এম ω · সেমি ² থেকে traditional তিহ্যবাহী পরিকল্পনাকারী কাঠামোগুলিতে 0.5 মি ω · সেমি ² এ প্রতিরোধের হ্রাস করে ²
প্রক্রিয়া যুগান্তকারী: আয়ন ইমপ্লান্টেশন প্রযুক্তির ব্যবহার ডোপিং ঘনত্বের সুনির্দিষ্ট নিয়ন্ত্রণ সক্ষম করে, বিপরীত পুনরুদ্ধার চার্জ (কিউআরআর) থেকে 50nc থেকে 5nc এ হ্রাস করে। একটি নির্দিষ্ট অপটিক্যাল মডিউল প্রস্তুতকারক এপিট্যাক্সিয়াল স্তরটির বেধকে অনুকূল করে 10 জিবিপিএস পিন ডায়োডের প্রতিক্রিয়া সময়টি 30ps এ সংক্ষিপ্ত করে রেখেছেন।
(২) সার্কিট স্তরের নকশা
সিঙ্ক্রোনাস সংশোধন প্রযুক্তি: N - টাইপ মোসফেটগুলির সাথে traditional তিহ্যবাহী ডায়োডগুলি প্রতিস্থাপনের মাধ্যমে, 48 ভি যোগাযোগ শক্তি সরবরাহের দক্ষতা 85% থেকে 94% এ উন্নত হয়েছে। এই প্রযুক্তিটি গ্রহণ করার পরে, একটি নির্দিষ্ট ডেটা সেন্টার বার্ষিক বিদ্যুৎ সঞ্চয় অর্জন করেছে 1.2 মিলিয়ন কিলোওয়াট ঘন্টা।
সফট স্যুইচিং টপোলজি: এলএলসি রেজোন্যান্ট কনভার্টর অনুরণনমূলক কারেন্টের মাধ্যমে শূন্য ভোল্টেজ স্যুইচিং (জেডভি) অর্জন করে, ডায়োড ভোল্টেজ স্ট্রেসকে 40%হ্রাস করে। একটি 5 কেডব্লিউ যোগাযোগ বিদ্যুৎ সরবরাহে, এই টপোলজি 96% এর দক্ষতা সাফল্য অর্জন করে এবং তাপমাত্রা বৃদ্ধি 15 ডিগ্রি হ্রাস করে।
লেআউট অপ্টিমাইজেশন: 3 ডি প্যাকেজিং প্রযুক্তি ড্রাইভার চিপগুলির সাথে ডায়োডগুলিকে উল্লম্বভাবে সংহত করতে, 3nh থেকে 0.5nh থেকে পরজীবী আনয়নকে হ্রাস করতে ব্যবহৃত হয়। একটি নির্দিষ্ট 5 জি ছোট বেস স্টেশন 10nh থেকে 2nh এ ডায়োড লুপ ইনডাক্ট্যান্সকে হ্রাস করতে পিসিবি রাউটিংকে অনুকূলিত করে, স্যুইচ লোকসানগুলি 65%হ্রাস করে।
(3) সিস্টেম স্তর তাপ ব্যবস্থাপনা
ফেজ পরিবর্তন উপাদান (পিসিএম): ডায়োড প্যাকেজিংয়ে প্যারাফিন ভিত্তিক পিসিএম দিয়ে এম্বেড করা, শীর্ষ তাপ শোষণ করতে তার গলে যাওয়ার সুপ্ত তাপ (200-250J/g) ব্যবহার করে। পরীক্ষাগুলি দেখিয়েছে যে পিসিএম 10W/সেমি ² এর তাপ প্রবাহের ঘনত্বে জংশন তাপমাত্রার ওঠানামার প্রশস্ততা 40% হ্রাস করতে পারে ²
মাইক্রোক্যানেল কুলিং: সিলিকন ভিত্তিক মাইক্রোক্যানেল হিট সিঙ্কগুলি বেস স্টেশনের এএইউ মডিউলে ব্যবহৃত হয়, কেবলমাত্র 50 μ মিটার জল কুলিং চ্যানেল প্রস্থ এবং 10 ^ 4W/(এম ² · কে) এর একটি কনভেক্টিভ হিট ট্রান্সফার সহগ সহ। একটি নির্দিষ্ট অপারেটরের আসল পরীক্ষাটি দেখায় যে এই প্রযুক্তিটি ডায়োডের তাপমাত্রা বৃদ্ধি 65 ডিগ্রি থেকে 38 ডিগ্রিতে হ্রাস করে।
বুদ্ধিমান তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ অ্যালগরিদম: রিয়েল টাইমে ডায়োড ভিএফের পরিবর্তনগুলি পর্যবেক্ষণ করে (ভিএফ তাপমাত্রায় প্রতি 1 ডিগ্রি বৃদ্ধির জন্য প্রায় 2 এমভি হ্রাস করে), স্যুইচিং ফ্রিকোয়েন্সি এবং শুল্ক চক্রকে গতিশীলভাবে সামঞ্জস্য করে। এই অ্যালগরিদম গ্রহণ করার পরে, একটি নির্দিষ্ট অপটিক্যাল ট্রান্সমিশন ডিভাইস -40 ডিগ্রি থেকে +85 ডিগ্রি থেকে ± 0.5 ডিবি -র মধ্যে আউটপুট শক্তি ওঠানামা নিয়ন্ত্রণ করতে পারে।
4, শিল্প অনুশীলনের মামলা
হুয়াওয়ে 5 জি বিশাল এমআইএমও অ্যান্টেনাসের নকশায় এসআইসি এসবিডির সাথে যুক্ত গা হেম্ট ব্যবহার করে একটি পাওয়ার সংশ্লেষণ স্কিম গ্রহণ করেছে, যা 48%এর দক্ষতার সাথে 40W থেকে 64W এ একক চ্যানেল আউটপুট শক্তি বাড়িয়েছে। জেডটিই কর্পোরেশন অপটিক্যাল ট্রান্সমিশন মডিউলগুলিতে ট্রেঞ্চ মোসফেট সিঙ্ক্রোনাস সংশোধন প্রযুক্তি প্রয়োগ করে, 24 ডাব্লু থেকে 18 ডাব্লু থেকে 200 গ্রাম অপটিক্যাল মডিউলগুলির বিদ্যুৎ খরচ হ্রাস করে। এরিকসন বেস স্টেশন পাওয়ার সরবরাহে মাইক্রোক্যানেল কুলিং সিস্টেমগুলিকে সংহত করে, পাওয়ার ঘনত্বকে 1 কেডব্লিউ/এল এবং ডায়োড জংশন তাপমাত্রা 85 ডিগ্রির নীচে স্থিতিশীল রাখতে সক্ষম করে।