Gostyngiad Isel yn y Pwyntiad Ymlaen: Cynyddu Effeithlonrwydd mewn Cyflenwadau Pŵer Isel-fywair

Ffiseg cynnal barriér Schottky a lleihau V _F

Gweithio diodau Schottky yn wahanol oherwydd eu bod yn ffurfio cysylltiad metal-semi-hyrddiad yn lle'r cysylltiad p-n arferol a gheir mewn diodau cyffredin. Mae hyn yn golygu nad oes angen mewnforio cerddedwyr ychwanegol, sydd â'r effaith o ddileu colliadau adgyfuno'r haen gwrthdystiolaeth rydym yn ei weld mewn trefniadau traddodiadol. Y canlyniad? Mae cynhwysiant cerddedwyr prif-ddrif yn digwydd â photentiad barriawr llawer is, sef tua 0.15 volt i 0.45 volt, tra bod diodau silicŵn safonol yn gofyn am rhwng 0.7 volt a 1.1 volt. Mae'r electronau yn llifo'n uniongyrchol o'r deunydd semi-hyrddiad math n-i'r cysylltiad metal, felly nid oes bron unrhyw egni'n cael ei wastraffu yn y broses. Pan oeddem yn edrych ar waynau pwerau 5 volt yn benodol, gallai'r diodau Schottky leihau'r gostyngiad gwaelodol ymlaen gan rhyw 60–80% o'i gymharu â'r opsiynau traddodiadol. Mae hyn yn gwneud gwahaniaeth go iawn, gan fod colliadau cynhwysiant yn teimlo'n fwy problemus yn enwedig pan fyddwn yn delio â voltage isaf a sefyllfaoedd cyfred uchel.

Ganeddau effeithlonrwydd wedi'u mesur: 2–5% mewn trosiadau DC-DC 3.3V/5V

Mae cyfri gwerthfach annibynnol o drosiadau buck cydamserol yn cadarnhau gwella'r effeithlonrwydd ar lefel y system yn gyson pan fydd diôdau Schottky yn disodli rhagorwyr silicwm. Mae sawl astudiaeth o 2023 ar draws cynlluniau diweddar a thrin gwasanaeth yn dangos ganeddau o 2–5% — yn enwedig yn amlwg ar allbynnau 3.3V a 5V, lle mae colli cynhwysiad yn graddio'n wrthdro â'r penderfyniad. Ar allbwn 20A, y canlyniadau cynrychiadol yw:

Mae'r gwella hyn yn syth yn ysgafnu'r rheoli thermol mewn rhaglen sydd â chyfyngiadau gofod — gan gynnwys modiwlau pŵer gwasanaeth, unedau rheoli electronig cerbydau (ECU) a theclynau poradwy — lle mae pob wât a arbedir yn estynnau bywiau'r bateri 15–20%, yn ôl astudiaethau achos maes diweddar.

Trawsnewid Uwchgyflym: Cyflwyno Cynlluniau SMPS Cyflym ac Isel

Dim storio carierion llaihaidd a hadfygu gwrthdro dan niniosecwnd

Gweithio diodau Schottky yn wahanol i'r rhai arferol oherwydd eu bod yn defnyddio'r rhai sydd â'u cyflwr mwyaf yn unig yn ystod y cynhwysiad. Yn ymarferol, mae hyn yn golygu nad oes oedi storio sy'n gysylltiedig â'r rhai sydd â'u cyflwr lleiaf. A hynny yw'r gwahaniaeth mawr pan siaradwn am y cipiau cyfred adgofnodi wrth droi i'w gyfeiriad gwrthwynebol, sydd yn esiampl o broblem fawr i ddiodydd cyswllt PN. Mae amser adgofnodi wrth droi i'w gyfeiriad gwrthwynebol yn gostwng yn llawer is na 1 nanoseiniad, felly gall y diodydd hyn gau'n glir hyd yn oed pan maen nhw'n gweithio ar sawl megahertz. Er enghraifft, mewn rheoleiddwyr 'buck' sydd yn rhedeg tua'r ystod amlder 500 kHz, rydym yn gweld gostyngiad o tua 2 i 5 y cant yn colli cyfnewid, o'i gymharu â'r amgen silicon ultra-hywel sydd yn fwy cymhleth. Adroddiad a gyhoeddwyd eleni gan Power Electronics International yn gefnogi hyn. Mae'r welliannau hyn i gyd yn tarwedu ar leihau'r rhyngweithiad electromagnetig, cydrannau sydd yn rhedeg yn oerach, a gallu gwerthu pŵer gwell. Mae'r buddiannau hyn yn bwysig iawn mewn sefyllfaoedd lle mae rheoli tymheredd yn anodd, neu pan fo cyfyngiadau gofod yn gofyn am atebion pŵer tewnt.

Yn cynnal gweithrediad >1 MHz â chyfresi pŵer GaN a SiC

Mae transistorau a wnaed o nitrïd galliwm (GaN) a carbïd siliwmiwm (SiC) yn gallu drin amlderâu sydd yn llawer uwch na 1 MHz yn y dyddiau hyn. Ond yr hyn sydd wirioneddol yn bwysig ar gyfer eu perfformiad yw faint o gyflymder sydd gan y rhagorwyr hynny. Mae'r diôdau Schottky rydym yn eu defnyddio yma, yn enwedig y rhai sydd yn seiliedig ar lecyn carbïd siliwmiwm, yn cynnwys amserau adferiad sydd wedi'u mesur mewn rhannau o ninoseiniwmedd. Maen nhw'n cyd-fynd bron yn berffaith â phwyntiau trosglwyddo dyfeisiau GaN a SiC. Pan fydd hyn yn digwydd, mae hyn yn atal y pwlsoedd gwerthiant anghywir hynny sydd yn digwydd pan mae'r cylched yn newid statws. Rydym yn gweld bod y rhyngweithiad electromagnetig yn gostwng tua 15 dB mewn cynlluniau sydd yn rhedeg ar sawl megahertz. Ac mae buddiad arall hefyd: mae trosglwyddo cyflymach yn golygu trawsnewidiwyr a chynhwysyddion llai. Gall y cydrannau hyn ei leihau gan fwy na 60% o'i gymharu â systemau traddodiadol 100 kHz. Felly mae peiriannwyr yn dibynio mor lawr ar ddiôdau Schottky ar gyfer cyflenwyr pŵer cyfleus sydd yn cynnwys mwy na 1 kW mewn rhywbeth sydd yn llai na'r rhagorol i'w gosod mewn râc gweithredu neu safle gosod cyflawni cerbydau trydanol tra bo'r effeithlonrwydd a'r gweithredu hyblyg yn cael eu cadw.

Ceisiadau Critigol: Cywiro a Rhyddhau Mewn Unedau Cyflenwi Pŵer Modern

Cywiro cydamserol, OR-ing, a rhôl gylchffyrdd clamp

Mae diodau Schottky yn gweithredu tri swyddogaeth anamoddiadwy mewn unedau cyflenwi pŵer (PSUs) modern:

• Cydrannu cysoniadau : Ar y ochr eiladol o drosiadau DC-DC, mae eu gostyngiad ymlaen isel o 0.3–0.5V yn adfer ynni sydd ar waelod yn colli fel gwres—gan gynyddu effeithlonrwydd hyd at 4% mewn unedau cyflenwi pŵer gweithredu 48V.
• OR-ing : Mae eu tarfu cyflym yn hanu'r rhagorion pŵer cynnar a chynllunio wrth fethu, gan atal llif cyntrefnol gwrthdro sydd yn niweidiol mewn systemau adlewyrchol.
• Cylchffyrdd clamp : Mewn topolegïau flyback a resonant, mae diodau Schottky yn cyfeirio trosiadau tarfu o fewn nanoseiniadau, gan ymddwyn yn ddiogel ar bwer y sbiciau sydd uwch na 200 mJ.

Gan gyd, mae'r swyddogaethau hyn yn galluogi effeithlonrwydd o >94% mewn unedau cyflenwi pŵer cyfleus a uchelghymeriad tra'n amddiffyn yn erbyn digwyddiadau troellus o uchder pŵer.

Cyfnewidiadau Dylunio: Cydbwysio Perfformiad a Therfyniadau Diôd Schottky

Cydbwysedd rhwng gollwyr croesi i'r ôl a phwyntiad ymlaen ar wres uchel

Beth sydd yn gwneud i'r cydrannau hyn gyrraedd gostyngiadau llwyddiant ymlaen mor isel (fel arfer rhwng 0.15V a 0.45V) hefyd yn dod â chyfnewid pan fydd yn rhaid ystyried cy currents golliad gwrthdro (IR), yn enwedig pan mae'n sylweddol ar wresoch o fewn ystod gweithio. Y prif achosyn yma yw'r eglurhad thermionig sydd yn digwydd ar y rhyngwyneb metal-semicondwr. Wrth i'r tymheredd cyswllt godi, er enghraifft hyd at tua 125 gradd Celsius, dechremwn weld y cy currents golliad yn tyfu dramatig o'i gymharu â'r amgylchiadau tywyllach. Ar y pwynt hwn, gall y golliad fod dros filwaith yn fwy na'r gwerth a welir ar wersau amgylcheddol arferol. Mae'r gwerth gwrthdro ymlaen yn aros yn gyson fodd bynnag, felly rhaid i peiriannwyr ofyn am y gwrthdro golliad sydd yn tyfu yn dod yn ffynhonnell brifol colli pŵer yn eu cynlluniau. Os nad yw'n cael ei reoli, gall arwain at broblemau thermol difrifol yn y dyfodol. Mae pawb sydd yn gweithio ar systemau ar gyfer ceir, offer awtomateiddio ffatri, neu ganolfannau data angen ystyried sut mae'r golliad hwn yn tyfu'n esbonyddol yn ystod modelu cyfrifiadurol a phrofi rhaglenni mewn amgylchiadau go iawn.

Cyfyngiadau ar gyfer rheoli gwerth y foltedd a phractisau gorau ar gyfer lleihau'r foltedd

Mae diôd Schottky yn seithllyd cyfyngedig o ran y foltedd gwrthdro uchaf (V _RRM )—mae'r rhan fwyaf o ddyfeisiau masnachol yn cael eu cyfyngu islaw 200V oherwydd cyfyngiadau ar uchder y barriêr. Mae gwneud y foltedd V _RRM yn cael ei threchu'n berilus yn achosi toriadau awrddol a methiant anhebaid. Felly, mae lleihau'r foltedd yn strategol yn ofynnol:

• Defnydd diwylliannol safonol : Dewiswch diôd sydd wedi'u graddio o leiaf 20% uwch na'r foltedd uchaf yn y system
• Ceisiadau uchelhybu hydrefn (meddygol, milwrol, awyrennau): Defnyddiwch fargenau lleihau o 40–50%
• Systemau â thransieniadau dinamig : Cydweddu â chynhalwyr gwrthdrawiad troellol (TVS) ar gyfer taroedd hwy na 100 ns

Mae'r lleihad thermol yn hafal yn hanfodol—V _RRM mae'r tollerans tolledig yn gostwng wrth i'r tymheredd cyswllt agosáu at 150°C. Mae modelu cyfernod tymheredd uniongyrchol yn ystod trefnu'r fwrdd PCB a'r ddyluniad thermol yn atal toriadau annisgwyl mewn camau pŵer sydd wedi'u pacio'n dwys.