Kā izmantot diodes un MOSFET, lai izveidotu sakaru aizsardzības shēmas?

一, tehniskais princips: no komponentu raksturlielumiem līdz sistēmas līmeņa aizsardzībai
1. Diodiju aizsardzības mehānisms
TVS pārejoša slāpēšanas diode sasniedz nanosekundes līmeņa reakciju, izmantojot lavīnu sabrukšanas efektu, un tās galvenie parametri ietver:
Sadalīšanas spriegums (VBR): nosaka aizsardzības slieksni, ko parasti izmanto 5 V, 12 V, 24 V specifikācijas sakaru aprīkojumam
Skavas spriegums (VC): atspoguļo pārsprieguma aizsardzības spēju, augstas - kvalitātes ierīces var sasniegt VC/VBR<1.3
Maksimālā impulsa strāva (IPP): raksturo pārsprieguma pretestību, un datu centra lietojumprogrammām ir jāsasniedz desmitiem kiloamperu līmenis
Pārbaudei, ko veica provinces operators, 5G bāzes stacijas jaudas modulis, izmantojot divvirzienu televizoru diodes, veiksmīgi izturēja 10kV pārsprieguma ietekmi zem 8/20 μs viļņu formas, ar kļūdu līmeni samazinot par 92%.
Schottky diodes labi darbojas anti reversās ķēdēs, jo to zemais priekšējā sprieguma kritums ir 0,1-0,3 V. Pēc Schottky diožu masīvu pieņemšanas noteiktā datu centrā 24 V barošanas avota sistēmas enerģijas patēriņš samazinājās no 14W līdz 0,8 W, un gada enerģijas ietaupījums sasniedza 2100 kWh.
2. MOS tranzistoru pārslēgšanas īpašības
NMOS tranzistoram ir unikālas priekšrocības pret apgrieztu ķēdi:
Conduction condition: Vgs>VTH (sliekšņa spriegums), tipiska vērtība 1-4V
Par pretestību (RDS (ON)): Mūsdienu tehnoloģija ir sasniegusi miliohm līmeni, ar enerģijas patēriņu tikai 0,8 W pie 20A strāvas
Pārslēgšanās ātrums: Nanosekundes līmeņa reakcija, daudz labāka par tradicionālajiem relejiem
Faktiskie testa dati no noteikta sakaru aprīkojuma ražotāja parāda, ka pēc NMOS anti reversās shēmas izmantošanas ierīces startēšanas laiks ir saīsināts no 50 ms līdz 2 ms, atbilst 5G bāzes staciju milisekundē līmeņa komutācijas prasībām.
Lai arī PMOS tranzistorus retāk izmanto to augstās pretestības dēļ, tiem joprojām ir augsta vērtība - braukšanas scenārijos. Noteikts optiskais modulis izmanto PMO, lai sasniegtu -48 V jaudas aizsardzību, veiksmīgi kontrolējot apgrieztā noplūdes strāvu zem 0,1 μ. A. A. A.
2, sadarbības pieteikums: trīs - līmeņa aizsardzības sistēmas izveidošana
1. Ieejas līmeņa aizsardzība: nomāciet enerģijas tīkla traucējumus
1. risinājums: TVS+NMOS COMPOSITE AIZSARDZĪBA
Izvietojot divvirzienu televizoru diožu un NMOS tranzistoru kombināciju tīkla padeves piekļuves beigās:
TVS diode absorbē 6kV pārspriegumu zem 10/1000 μ S viļņu forma
NMOS tranzistors realizē enerģijas polaritātes noteikšanu un automātisku pārslēgšanu
Reakcijas laiks<50ns, protection level up to IEC 61000-4-5 Level 4
Pēc šī šķīduma piemērošanas tuksneša bāzes stacijā aprīkojuma kļūmju skaits, ko izraisa zibens streiki gadā, samazinājās no 12 līdz 1, un uzturēšanas izmaksas tika samazinātas par 85%.
2. variants: taisngrieža tilta+MOS tranzistora optimizācija
Lai risinātu problēmu par 0,7 V sprieguma kritumu tradicionālajos taisngrieža tiltiem, diožu vietā tiek izmantoti MOS tranzistori
Sinhronās labošanas shēmas konstruēšana, izmantojot 4 NMOS tranzistorus
ON pretestība samazinājās no 0,7 Ω līdz 20 m Ω
Efektivitāte palielinājās no 85% līdz 98%
Pēc šīs tehnoloģijas pielietošanas noteiktā superdatoru centrā, gada enerģijas ietaupījums sasniedza 1,2 miljonus kWh, kas ir līdzvērtīgs oglekļa emisiju samazināšanai par 980 tonnām.
2. Starpposma sprieguma regulēšana: novērst harmoniskos traucējumus
Risinājums: Zener diode+LDO kombinācija
DC - DC konvertēšanas procesā tiek pieņemta divu posmu sprieguma regulēšana:
Zener diode nodrošina primāro sprieguma stabilizāciju un absorbē ± 10% sprieguma svārstības
LDO regulators vēl vairāk nomāc, līdz zem 10MV
Atbilst tādām digitālo mikroshēmu kā FPGA barošanas avota prasībām
Pēc šī risinājuma piemērošanas noteiktam 5G AAU, transmisijas jaudas stabilitāte palielinājās par 3dB un pārklājuma rādiuss palielinājās par 8%.
3. Izejas līmeņa aizsardzība: novērš reverso strāvu
Risinājums: Oring kontrolieris+MOS tranzistors
Liekās enerģijas sistēmās tiek izmantotas šādas metodes:
Schottky diode sasniedz primāro izolāciju
Bezšuvju N +1 liekās barošanas avota pārslēgšana, izmantojot MOS tranzistoru
Pārslēgšanas laiks samazināts no 10 ms līdz 50 μs
Pēc šī risinājuma pielietošanas noteiktā datu centrā tika pilnībā novērsts strāvas padeves pārtraukuma negadījums, ko izraisīja enerģijas pārslēgšana uzglabāšanas masīvā.
3, nozares prakse: tipiski scenārija risinājumi
1. Pamata stacijas barošanas avota optimizācija
Lai risinātu problēmu par nestabilu barošanas avotu attālinātajām bāzes stacijām, tiek pieņemta hibrīda barošanas sistēmas "Saules enerģija+akumulators+inteliģents sprieguma regulators":
Sprieguma regulatora izvēle: ieejas diapazons 180-520 VAC, izejas precizitāte ± 0,5%
MOS konfigurācija: NMO tiek izmantota akumulatora uzlādes vadībai, slodzes barošanas slēdžam tiek izmantots PMOS
Vadības stratēģija: ieviesiet saites kontroli starp sprieguma regulatoru un BMS caur CAN BUS
Pēc šī risinājuma pielietošanas augstā - augstuma bāzes stacijā gada strāvas padeves pārtraukuma ilgums samazinājās no 72 stundām līdz 3 stundām, un tīkla pieejamība palielinājās līdz 99,99%.
2. Datu centra arhitektūras jaunināšana
Lai risinātu augstas - blīvuma skapju barošanas padeves problēmas, tiek pieņemta modulāra jaudas arhitektūra:
Katrs strāvas modulis atbalsta karstu apmaiņu, un viena moduļa kļūme neietekmē sistēmas darbību
MOS tranzistors sasniedz automātisku strāvas dalīšanu ar 4 ievades barošanas avotiem ar slodzes līdzsvarošanas pakāpi ± 2%
Saprātīga uzraudzība: sprieguma, strāvas un temperatūras parametru iegūšana reāllaikā caur I2C kopni
Pēc šī risinājuma piemērošanas lielā - mēroga datu centrā, PUE vērtība samazinājās no 1,6 līdz 1,3, un gada jaudas ietaupījums sasniedza 12 miljonus kWh.
3. Optiskā moduļa interfeisa aizsardzība
400G optisko moduļa ESD jutīguma emisijai tiek pieņemta trīs - līmeņa aizsardzība:
1. līmenis: TVS diode absorbē ± 15kV kontakta izlādi
Otrais līmenis: Zener diodes robežas pārspriegums līdz 5,6v
3. līmenis: RC filtrēšanas tīkls novērš augstu - frekvences traucējumus
Pārbaudes dati no noteikta aprīkojuma ražotāja parāda, ka šis risinājums samazina ESD atteices līmeni optiskā moduļa līmenī no 3% līdz 0,02%.
4, tehnoloģiskā evolūcija: aizsardzības jauninājumi 6G
Ar milimetru viļņu komunikācijas, Terahertz komunikācijas un citu tehnoloģiju popularizēšanu 6G laikmetā barošanas avota sistēmas saskaras ar lielākām problēmām:
Īpaši zema trokšņa prasība: jaudas pulsācija ir jānovirza līdz μ V līmenim, lai atbilstu fāzēta masīva radara fāzes precizitātes prasībām
Dinamiskās reakcijas uzlabojums: reakcijas laiks ir jāsaīsina līdz μ S līmenim, lai pielāgotos enerģijas mutācijai, ko izraisa staru formēšana
Efektīva enerģijas konvertēšana: slēdža frekvence palielinājās līdz MHz līmenim, samazinot pasīvo komponentu tilpumu
Pašreizējie pētījumu karstie punkti ietver:
Gallium nitrīds (GAN) Aizsardzības ierīces: pārslēgšanās frekvence līdz 10MHz, efektivitāte, kas pārsniedz 95%
Magnētiskās integrācijas tehnoloģija: integrēšana induktoros ar transformatoriem, samazinot tilpumu par 40%
Digitālās aizsardzības kontrole: adaptīvā parametru pielāgošana, kas panākta, izmantojot DSP
5, ieviešanas ieteikums: pilna dzīves cikla pārvaldība no atlases līdz darbībai un uzturēšanai
Komponentu atlases kritēriji:
TVS diode: izvēlieties ierīces ar VC/VBR<1.3 and Ipp>10ka
MOS tranzistors: RDS (ON)<5m Ω Vgs(th)<2V,Ciss<1nF
Zener diode: temperatūras koeficients<-2mV/℃, dynamic resistance<10 Ω
Sistēmas dizaina galvenie punkti:
Izpildiet "šķirotās aizsardzības" principu, lai izvairītos no pārmērīga spiediena uz viena līmeņa aizsardzību
Rezervējiet 20% jaudas rezervi, lai apmierinātu nākotnes paplašināšanas vajadzības
Izplatītas barošanas avota arhitektūras pieņemšana, lai samazinātu garus - attāluma pārraides zudumus
Darbības un uzturēšanas vadības standarti:
Ceturkšņa slodzes pārbaude, lai pārbaudītu aizsardzības precizitāti
Nomainiet elektrolītiskos kondensatorus katru gadu, lai novērstu jaudas sadalīšanos
Izveidojiet barošanas avota kvalitātes datu bāzi, lai panāktu kļūdas prognozēšanu
https://www.trrsemicon.com/transistor/n {{2 ^