ဖြောင်းသွားဗို့အားအနိမ့်ဖြစ်ခြင်း – အနိမ့်ဗို့အားပါဝါစွမ်းအားပေးစနစ်များတွင် စွမ်းဆောင်ရည်ကို မြင့်တင်ခြင်း

Schottky အတားအဆီးဖြင့် လျှပ်စီးကူးပေးခြင်း၏ ရူပဗေဒနှင့် V လျော့နည်းခြင်း _F

Schottky diodes များသည် ပုံမှန် diodes များတွင် အသုံးများသော p-n junction အစား metal-semiconductor junction ကို ဖွဲ့စည်းခြင်းကြောင့် ကွဲပြားသော အလုပ်လုပ်ပုံရှိပါသည်။ ဤအချက်သည် အနည်းစုအားဖ်န်း (minority carrier) ထည့်သွင်းမှု မလိုအပ်ကြောင့် ရှေးရိုးစွဲ diode များတွင် ဖော်ပြသည့် အပိုင်းများတွင် ဖြစ်ပေါ်သော depletion layer recombination losses များကို ဖယ်ရှားပေးနိုင်ကြောင့် ဖြစ်ပါသည်။ ထို့ကြောင့် အများစုအားဖ်န်း (majority-carrier) conduction သည် အလွန်နိမ့်သော barrier potential ဖြင့် ဖော်ပေးနိုင်ပါသည်။ ဥပမါ- 0.15 โวล့ မှ 0.45 โวล့ အထိဖြစ်ပြီး၊ ပုံမှန် silicon diodes များတွင် 0.7 โวล့ မှ 1.1 โวล့ အထိ လိုအပ်ပါသည်။ အီလက်ထရွန်များသည် n-type semiconductor material မှ တိုက်ရိုက် metal contact ထဲသို့ စီးဆင်းသွားပါသည်။ ထို့ကြောင့် ဤဖြစ်စဉ်အတွင်း စွမ်းအင်အသုံးပြုမှု အလွန်နည်းပါသည်။ အထူးသဖြင့် 5 โวล့ ပါဝါစွမ်းအားများကို စဥ်းစားပါက Schottky diodes များသည် forward voltage drop ကို အများအားဖြင့် 60% မှ 80% အထိ လျော့ချပေးနိုင်ပါသည်။ ဤအချက်သည် အလွန်အရေးကြီးပါသည်။ အဘယ့်ကြောင့်ဆိုသော် conduction losses များသည် ဗို့အားနိမ့်ပြီး စီးဆင်းမှုများများသော အခြေအနေများတွင် အထိရောက်ဆုံး ပြဿနာများဖြစ်ပါသည်။

တိကျစွာ တိုင်းတာထားသော စွမ်းဆောင်ရည် တိုးတက်မှုများ – ၃.၃V/၅V DC-DC ပြောင်းလဲစက်များတွင် ၂–၅% အထိ

Synchronous buck converter များအတွက် အခြားသူများက လုပ်ဆောင်ထားသော စံနှုန်းတိုင်းတာမှုများသည် Schottky diode များဖြင့် silicon rectifier များကို အစားထိုးပေးခြင်းအားဖေးပေး၍ စနစ်အဆင့် စွမ်းဆောင်ရည် တိုးတက်မှုများကို တိက်တိက်ကြီး အတည်ပြုပေးပါသည်။ ၂၀၂၃ ခုနှစ်တွင် စက်မှုလုပ်ငန်းနှင့် server-grade ဒီဇိုင်းများအတွက် ပြုလုပ်ထားသော လေ့လာမှုများအရ ၂–၅% အထိ စွမ်းဆောင်ရည် တိုးတက်မှုများကို တွေ့ရပါသည်။ ထိုသို့သော တိုးတက်မှုများသည် အထူးသဖြင့် ၃.၃V နှင့် ၅V အထွက်တန်ဖေးများတွင် ပိုမိုထင်ရှားပါသည်။ အဘယ်ကြောင့်ဆိုသော် အထွက်ဗို့အားနှင့် အက်သ်က်အတိုင်း ပူပေါင်းမှုဆုံးရှုံးမှုများသည် အနှောင်အဖွဲ့များ ပိုမိုကောင်းမွန်လာခြင်းကြောင့် ဖြစ်ပါသည်။ ၂၀A အထွက်တွင် ကိုယ်စားပြုသော ရလေ့ရှိမှုများမှာ အောက်ပါအတိုင်းဖြစ်ပါသည်။

ဤတိုးတက်မှုများသည် နေရာအကောင်းအကျေးနှင့် အကောင်းအကျေး အောက်မှုကြောင့် အပူစီမံခန့်ခွဲမှုကို အထူးသဖြင့် လွယ်ကူစေပါသည်။ ဥပမါ— server power module များ၊ ကားများ၏ ECU များနှင့် ပိုတ်တော်ဘယ်လ် အီလက်ထရွန်နစ်ပစ္စည်းများတွင် တစ်ဝပ်စီ ခြွေတာထားသော ပါဝါသည် လေ့လာမှုများအရ ဘက်ထရီ အသက်တာကို ၁၅–၂၀% အထိ တိုးတက်စေပါသည်။

အလွန်မြန်ဆန်သော ခလုတ်ဖွင့်ခြင်း – အမြင့်မှုန်းနှုန်း၊ သေးငယ်သော SMPS ဒီဇိုင်းများကို ဖန်တီးနေရာတွင် အထောက်အကူပေးခြင်း

အနောက်ကြောင်း ပြောင်းလဲမှုအချိန် (reverse recovery time) သည် နောက်ကြောင်းအိုင်းအ်လက်ထရွန် (minority-carrier storage) မရှိခြင်းနှင့် နောက်ကြောင်း ပြောင်းလဲမှုအချိန်သည် နနိုစက်န်ဒ် (sub-nanosecond) အောက်သို့ ရောက်ရှိခြင်း

Schottky diodes များသည် ပုံမှန် diodes များနှင့် ကွဲပြားစွာ အလုပ်လုပ်ပါသည်။ အကြောင်းမှာ ၎င်းတို့သည် လျှပ်စီးခြင်းအတွင်း အဓိကဖော်ရော်သော လျှပ်စီးများ (majority carriers) သာ အသုံးပြုသောကြောင့်ဖြစ်ပါသည်။ လက်တွေ့အရ ဆိုလျှင် အထောက်အကူများသော လျှပ်စီးများ (minority carriers) နှင့် သက်ဆိုင်သော သိုလှောင်မှုနှောင်းကြောင်းမှု (storage delay) မရှိပါ။ ထို့ကြောင့် PN-junction diodes များအတွက် စိတ်ညစ်ဖွယ်ကောင်းသော ပြောင်းပေးသော ပြန်လည်သုံးစွဲမှု လျှပ်စီးချိန် (reverse recovery current spikes) များကို ဖြေရှင်းရာတွင် အရေးပါသော ကွာခြားမှုကို ဖော်ပေးပါသည်။ ဤနေရာတွင် ပြန်လည်သုံးစွဲမှု အချိန် (reverse recovery time) သည် နေနေစက္ကန်ဒ် ၁ နနိုမီတာထက် သိသိသာသာ နိမ့်ကျသွားပါသည်။ ထို့ကြောင့် ဤ diodes များသည် မိဂါဟာတ်ဇ် အနည်းဆုံး ၅ မှ ၁၀ မိဂါဟာတ်ဇ်အထိ အလုပ်လုပ်နေစဉ်တွင်ပါ သန့်စင်စွာ ပိတ်လိုက်နိုင်ပါသည်။ ဥပမောပမာအားဖြင့် ၅၀၀ kHz အကောင်အထောက်အကူဖော်မှု အတွက် အလုပ်လုပ်သော buck regulators များတွင် Schottky diodes များကို အသုံးပြုလျှင် ultrafast silicon diodes များနှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက နှိပ်ကွက်မှုဆုံးရှုံးမှု (switching losses) သည် ၂ ရှုံးမှုမှ ၅ ရှုံးမှုအထိ လျော့ကျသွားပါသည်။ အခုနှစ်မှုန်း ၂၀၂၃ ခုနှစ်တွင် Power Electronics International မှ ထုတ်ဝေသော လေ့လာမှုတွင် ဤအချက်ကို အတည်ပြုထားပါသည်။ ဤအောင်မှုများအားလုံးသည် လျှပ်စီးသံသော အဝေးမှ အနှောင်အဖေးများ (electromagnetic interference) လျော့ကျခြင်း၊ အပိုင်းအစများ ပိုမိုအေးမှုရှိခြင်းနှင့် ပိုမိုကောင်းမွန်သော စွမ်းအင်ထုပ်ပေးမှု စွမ်းရည် (power packing capabilities) တို့ကို ဖော်ပေးပါသည်။ ဤအကျေးဇူးများသည် အပိုင်းအစများ၏ အပူစီမံခန့်ခွဲမှုကို အခက်အခဲဖြစ်စေသည့် အခြေအနေများတွင် သိပ်မာန်အရေးပါပါသည်။ အထူးသဖြင့် နေရာကြောင်းအတွက် စွမ်းအင်ဖော်ပေးမှုများကို သိပ်မာန်သေးငယ်သော ဖော်မော်မှုများဖြင့် ပေးရန် လိုအပ်သည့် အခြေအနေများတွင် ဖြစ်ပါသည်။

GaN နှင့် SiC ပါဝါစတေဂ်များဖြင့် ၁ MHz အထက် လည်ပတ်မှုကို ထောက်ပံ့ပေးခြင်း

ဂလီယမ်နိုက်ထရိုက် (GaN) နှင့် စီလီကွန်ကာဘိုင်ဒ် (SiC) ဖြင့် ပုံဖော်ထားသော ထရာင်စစ်တာများသည် ယနေ့ခေတ်တွင် ၁ MHz ထက်ပိုမိုမြင့်မားသော အကြိမ်နှုန်းများကို ကောင်းစွာ ကိုင်တွယ်နိုင်ပါသည်။ သို့သော် ၎င်းတို့၏ စွမ်းဆောင်ရည်အတွက် အရေးကြီးဆုံးမှုမှာ ထို ရက်က်တီဖိုင်ယာများ အမြန်ဆုံး အလုပ်လုပ်နိုင်မှုဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့ဖဲ့...... အချိန်ကြာမှုများသည် နနိုစကောင်းဒ်၏ အပိုင်းသေးငယ်မှုများဖြင့် တိုင်းတာရှိပါသည်။ ၎င်းတို့သည် GaN နှင့် SiC ပစ္စည်းများ၏ ထွက်ပေါ်လာသော ပြောင်းလဲမှုအချိန်များနှင့် အလွန်နီးစပ်စွာ ကိုက်ညီပါသည်။ ထိုသို့ဖြစ်ပါက စားသုံးမှုစနစ်များ အချိန်တိုင်း အခြေအနေပြောင်းလဲသည့်အခါ ဖြစ်ပေါ်လာသော အနှောင့်အယှက်ဖော်သော ဗို့အားအမြင့်များကို ကာကွယ်ပေးနိုင်ပါသည်။ မှုန်းသော မိဂါဟာဇ် (MHz) အထိ လုပ်ဆောင်သော ဒီဇိုင်းများတွင် လျှပ်စစ်သံသော အဝေးမှ အနှောင့်အယှက်များသည် ဒီစီဘီယ် (dB) ၁၅ ခန့် လျော့နည်းလာသည်ကို တွေ့ရပါသည်။ ထို့အပ besides အခြားအကျေးဇူးတစ်ခုလည်း ရှိပါသည် - ပိုမြန်သော ပြောင်းလဲမှုများသည် ပိုသေးငယ်သော ထရန်စ်ဖော်မာများနှင့် အင်ဒတ်တာများကို ဖော်ဆောင်ပေးနိုင်ပါသည်။ ထိုအစိတ်အပိုင်းများသည် အများအားဖြင့် ၁၀၀ kHz စနစ်များနှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက ၆၀% ထက်ပိုမိုသေးငယ်လာနိုင်ပါသည်။ ထို့ကြောင့် အင်ဂျင်နီယာများသည် ၁ kW အထက် စွမ်းအားပေးနိုင်သော စွမ်းအင်ပေးစနစ်များအတွက် Schottky diodes များကို အလွန်အများအပြား အားကိုးကြောင်း ဖြစ်ပါသည်။ ထိုစနစ်များသည် ဆာဗာရက် (server rack) သို့မဟုတ် လျှပ်စစ်ယာဉ်အတွက် အားသွင်းစခန်း (electric vehicle charging station) တွင် နေရာယူနိုင်သည့် အရွယ်အစားဖြင့် အရေးကြီးသော စွမ်းအားအသုံးချမှုနှင့် ယုံကြည်စိတ်ချရသော လုပ်ဆောင်မှုများကို ထိန်းသိမ်းပေးနိုင်ပါသည်။

အရေးကြီးသောအသုံးချမှုများ - ခေတ်မှီပါဝါစွမ်းအားထောက်ပံ့မှုယူနစ် (PSU) များတွင် မှန်ကန်သော လျှပ်စီးဖော်ပေးခြင်းနှင့် လွတ်လပ်စွာလည်ပတ်ခြင်း

စိုက်ရှရုန်းစ် မှန်ကန်သော လျှပ်စီးဖော်ပေးခြင်း၊ OR-ing နှင့် clamp circuit အခန်းကဏ္ဍများ

Schottky diodes များသည် ခေတ်မှီပါဝါစွမ်းအားထောက်ပံ့မှုယူနစ် (PSU) များတွင် မရှိမဖြစ်သော လုပ်ဆောင်ချက်သုံးခုကို ဆောင်ရွက်ပေးပါသည်။

• Synchronous rectification dC-DC ပြောင်းလဲမှုယူနစ်များ၏ ဒုတိယဘက်တွင် Schottky diodes ၏ အနိမ့်သော 0.3–0.5V အရှေ့ဘက်ဖြတ်တောက်မှုသည် အပူအဖြစ် ဆုံးရှုံးသွားမည့် စွမ်းအားကို ပြန်လည်ရယူပေးပါသည်။ ထိုသို့ဖြင့် 48V server PSU များတွင် စွမ်းအားသုံးစွဲမှု ထိရောက်မှုကို ၄% အထိ မြင့်တင်ပေးပါသည်။
• OR-ing schottky diodes ၏ မြန်ဆန်သော ပြောင်းလဲမှုအမြန်နှုန်းသည် အရေးပေါ်အခြေအနေတွင် အဓိကနှင့် အပိုထောက်ပံ့မှုလိုင်းများကို ခွဲခြားထားပေးပါသည်။ ထိုသို့ဖြင့် အပိုထောက်ပံ့မှုစနစ်များတွင် ပြောင်းပြန်လျှပ်စီးစီးဆင်းမှုကြောင့် ဖြစ်ပေါ်လာနိုင်သော ပျက်စီးမှုများကို ကာကွယ်ပေးပါသည်။
• Clamp circuit များ flyback နှင့် resonant topology များတွင် Schottky diodes များသည် နနိုစကောင်းဒ် (nanoseconds) အတွင်း ပြောင်းလဲမှု transient များကို လမ်းကြောင်းပြောင်းပေးပါသည်။ ထိုသို့ဖြင့် ၂၀၀ mJ ထက်ပိုမိုများပြားသော spike စွမ်းအင်များကို အန္တရာယ်ကင်းစွာ စုပ်ယူပေးပါသည်။

ဤအခန်းကဏ္ဍများအားလုံးသည် စွမ်းအင်သုံးစွဲမှု ထိရောက်မှု ၉၄% အထက်ရရှိရေးနှင့် ကုန်ကုန်စွမ်းအင်များကို ကာကွယ်ရေးအတွက် စွမ်းရည်မြင့်မှု၊ ယုံကြည်စိတ်ချရမှုနှင့် အရွယ်အစားသေးငယ်မှုတွင် အထောက်အကူပေးပါသည်။

ဒီဇိုင်းအတွက် အကောင်းဆုံးရွေးချယ်မှုများ - Schottky diode များ၏ စွမ်းရည်နှင့် ကန့်သတ်ချက်များကို ဟန်ချက်ညှိခြင်း

အပူချိန်မြင့်မှုတွင် ပေါ်ပေါက်လာသော ပေါ်စီတစ်ဖက်သို့ စီးဆင်းမှုနှင့် အနောက်ဖက်သို့ စီးဆင်းမှုအကြား အကောင်းဆုံးရွေးချယ်မှု

ဤအစိတ်အပိုင်းများသည် ဗို့အားအနည်းဆုံးလျှော့ချမှု (အများအားဖြင့် ၀.၁၅V မှ ၀.၄၅V အထိ) ကို အဘယ်ကြောင့် ရရှိနိုင်သည်ကား ပြောင်းလဲမှုတစ်မျှ ပြောင်းလဲမှုတစ်မျှ ရှိသည်။ ထိုအတွက် အနေဖြင့် ပြောင်းပေါ်လျှော့ချမှု (IR) အတွက် စွမ်းဆောင်ရည်နိုင်ငံသည် အထူးသဖြင့် အလုပ်လုပ်သည့် အပူချိန်များ မြင့်မားလာသည့်အခါတွင် သတိထားမှုလိုအပ်ပါသည်။ ဤနေရာတွင် အဓိကအကြောင်းရင်းမှာ သံလွင်နှင့် အီလက်ထရွန်စ်ပစ္စည်းကြား မျက်နှာပြင်တွင် ဖြစ်ပေါ်သည့် အပူသံလွင်အီလက်ထရွန်စ်ထုတ်လွှတ်မှု (thermionic emission) ဖြစ်ပါသည်။ ဆက်စပ်မှုအပူချိန်များ တက်လာသည့်အခါ ဥပမါ စံနှုန်းအတိုင်း ၁၂၅ ဒီဂရီစီလ်ဆီယပ်စ်အထိ ရောက်သည့်အခါ အခန်းအပူချိန်နှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက ပြောင်းပေါ်လျှော့ချမှုများသည် သိသိသာသာ တက်လာသည်ကို တွေ့ရပါမည်။ ထိုအခါတွင် ပြောင်းပေါ်လျှော့ချမှုသည် ပုံမှန်ပတ်ဝန်းကျင်အပူချိန်တွင် တွေ့ရသည့် ပြောင်းပေါ်လျှော့ချမှုထက် အနည်းဆုံး ၁၀၀၀ ဆ ပိုများနိုင်ပါသည်။ သို့သော် အရှေ့သို့ ဗို့အားသည် တော်တော်လေး တည်ငြိမ်နေပါသည်။ ထို့ကြောင့် အင်ဂျင်နီယာများသည် ဤပြောင်းပေါ်လျှော့ချမှုများ များပေါ်လာခြင်းကို သိသိသာသာ စောင်းကြည့်ရန် လိုအပ်ပါသည်။ အဘယ်ကြောင့်ဆိုသည်မှာ ဤပြောင်းပေါ်လျှော့ချမှုများသည် အသုံးပြုသည့် ဒီဇိုင်းများတွင် စွမ်းအင်ဆုံးရှုံးမှု၏ အဓိကအရင်းအမြစ်ဖြစ်လာနိုင်ပါသည်။ ထိုအချက်ကို မောင်းနှင်ထားပါက နောင်တွင် အပူပိုမိုမြင့်မားခြင်းအများကြီး ဖြစ်ပေါ်လာနိုင်ပါသည်။ ကားများ၊ စက်ရုံအလိုအလျောက်စနစ်များ သို့မဟုတ် ဒေတာစင်တာများအတွက် စနစ်များကို အလုပ်လုပ်နေသည့် အင်ဂျင်နီယာများသည် ကွန်ပျူတာအစမ်းသမ်းမှုများနှင့် အမှန်တကယ် အသုံးပြုမှုအခြေအနေများတွင် ပရိုတိုကော့စ်များကို စမ်းသပ်သည့်အခါတွင် ဤပြောင်းပေါ်လျှော့ချမှုများ အလွန်မြန်မြန် တက်လာသည့်အချက်ကို ထည့်သွင်းစဉ်းစားရန် အထူးလိုအပ်ပါသည်။

ဗို့အားအဆင့်သတ်မှတ်ခြင်း ကန့်သတ်ချက်များနှင့် စနစ်အား လျော့ချအသုံးပြုခြင်း၏ အကောင်းဆုံး လုပ်ထုံးလုပ်နည်းများ

Schottky diodes များသည် အများအားဖြင့် အများဆုံး ပြောင်းပေါ်ဗို့အား (V _RRM ) တွင် အခြေခံကုန်သတ်မှတ်ခြင်းကြောင့် အကောင်းဆုံး ကုန်ပစ္စည်းများသည် ဘာရီယာအမြင့် ကန့်သတ်ချက်များကြောင့် ၂၀၀ ဗို့အောက်တွင်သာ အဆုံးသတ်ပါသည်။ V _RRM ကို ကျော်လွန်ပါက အဝေးကြောင်း ပေါက်ကွဲမှု (avalanche breakdown) နှင့် ပြန်လည်မထုတ်နုတ်နိုင်သော ပျက်စီးမှုများ ဖြစ်ပေါ်လာနိုင်ပါသည်။ ထို့ကြောင့် စနစ်အား လျော့ချအသုံးပြုခြင်း (derating) ကို အထူးသဖြင့် လုပ်ဆောင်ရန် လိုအပ်ပါသည်။

• စံနစ်တက်သော စက်မှုလုပ်ငန်းအသုံးပြုမှု — စနစ်၏ အများဆုံး ဗို့အားထက် ၂၀% အထက် အဆင့်သတ်မှတ်ထားသော diodes များကို ရွေးချယ်ပါ
• အရည်အသွေးမြင့် ယုံကြည်စိတ်ချရမှုရှိသော အသုံးပြုမှုများ (ဆေးဘက်ဆိုင်ရာ၊ စစ်ရေး၊ အာကာသ လုပ်ငန်းများ) — ၄၀–၅၀% အထ do derating margin များကို အသုံးပြုပါ
• အချိန်နှင့်တစ်ပါက် ပြောင်းလဲမှုများရှိသော စနစ်များ — ၁၀၀ ns ထက် ပိုမိုကြာရှည်သော လျှပ်စစ်လှုပ်ရှားမှုများအတွက် လျှပ်စစ်လှုပ်ရှားမှု ဖျောက်ဖျက်ရေးကိရိယာများ (TVS) များနှင့် တွဲဖက်အသုံးပြုပါ

အပူခွင့်ပေးမှု လျော့ချခြင်းသည် အလွန်အရေးကြီးပါသည်။ _RRM ဆံ့ချက်အပူခါးသည် စင်တာအပူခါး ၁၅၀°C နီးပါးရောက်လာသည်နှင့်အမျှ V သည် လျော့နည်းလာပါသည်။ PCB ဒီဇိုင်းနှင့် အပူခါးဒီဇိုင်းအဆင့်တွင် အပူခါးအချိုးကိန်းများကို တိကျစွာ မော်ဒယ်လုပ်ခြင်းဖြင့် စွမ်းအင်မြင့်မားသည့် အဆင့်များတွင် မျှော်လင့်မထားသည့် ပျက်စီးမှုများကို ကာကွယ်နိုင်ပါသည်။