Doppel-Gleichrichterdioden für die drahtlose Energieübertragung im Mikrowellenbereich

Nisshinbo Micro Devices hat die Serien NT9000/NT9001/NT9002/NT9003 vorgestellt; dabei handelt es sich um Doppel-Dioden-Bauelemente, die für die drahtlose Energieübertragung (WPT) entwickelt wurden. Die neue Serie nutzt die firmeneigene GaAs-Wafer-Prozesstechnologie und wurde entwickelt, um eine hocheffiziente Gleichrichtung in WPT-Systemen zu unterstützen, indem sie eine niedrige Durchlassspannung mit einer hohen Gleichstrom-Spannungsfestigkeit kombiniert, was eine verbesserte Umwandlungseffizienz über einen weiten dynamischen Bereich ermöglicht.

Die Mikrowellen-WPT-Technologie wird zunehmend als entscheidender Faktor für die Stromversorgungsinfrastruktur der nächsten Generation anerkannt. Angesichts der raschen Ausbreitung der digitalen Transformation und der wachsenden Zahl von IoT-Geräten steigt die Nachfrage nach kontinuierlichen und wartungsfreien Stromquellen für dezentrale Elektronik weiter an. In industriellen Umgebungen, Logistiksystemen, der sozialen Infrastruktur, der Landwirtschaft und im Gesundheitswesen stellt die Stromversorgung von Geräten an Orten, an denen eine Verkabelung unpraktisch oder ein Batteriewechsel schwierig ist, eine erhebliche Herausforderung dar. Da sich die rechtlichen Rahmenbedingungen für die Nutzung von Mikrowellenfrequenzen weltweit weiterentwickeln, werden die Bemühungen beschleunigt, die drahtlose Energieübertragung von experimentellen Einsätzen hin zur praktischen Umsetzung voranzutreiben.

Eine der zentralen technischen Herausforderungen bei praktischen Mikrowellen-WPT-Systemen ist der Wirkungsgrad, mit dem empfangene Mikrowellenenergie in nutzbaren Gleichstrom umgewandelt werden kann. Diese Anforderung ist besonders kritisch für IoT-Anwendungen, die in Umgebungen mit geringer Leistungsaufnahme betrieben werden. Die Serie begegnet dieser Herausforderung durch eine typische Durchlassspannung von 0,1 V, wodurch Gleichrichterschaltungen auch bei begrenzter Eingangsleistung eine effiziente Gleichstromumwandlung erzielen können. Gleichzeitig bieten die Bauelemente eine hohe Gleichstrom-Spannungsfestigkeit, um bei steigender Eingangsleistung einen stabilen Betrieb aufrechtzuerhalten, was dazu beiträgt, den Durchbruch der Bauelemente zu unterdrücken und den Leckstrom während der Gleichrichtung zu begrenzen.

Die Modelle NT9000 und NT9001 sind für Gleichrichterschaltungen der 1-W-Leistungsklasse optimiert, während die Modelle NT9002 und NT9003 für Gleichrichterschaltungen der 1-mW-Klasse ausgelegt sind. Diese Unterscheidung ermöglicht es Entwicklern, je nach vorgesehenem Betriebsleistungsbereich und Anwendungsanforderungen das am besten geeignete Bauelement auszuwählen. Alle Bauelemente der Serie arbeiten in den für die drahtlose Energieübertragung weit verbreiteten Frequenzbändern, darunter 920 MHz, 2,4 GHz und 5,7 GHz. Die Dioden zeichnen sich zudem durch einen geringen Rückwärtsleckstrom und eine niedrige Kapazität aus, was zu einer stabilen Hochfrequenz-Gleichrichtleistung beiträgt. Diese elektrischen Eigenschaften helfen Entwicklern, eine effiziente HF-DC-Umwandlung in Gleichrichterschaltungen und Detektoren zu erreichen, die in WPT-Empfängern zum Einsatz kommen.

Über WPT-Empfängerschaltungen hinaus können diese diskreten Dioden auch in anderen HF-Schaltungsanwendungen eingesetzt werden, die eine effiziente Gleichrichtung oder Detektion bei Mikrowellenfrequenzen erfordern. Nisshinbo Micro Devices unterstützt Systementwickler weiterhin durch die Bereitstellung von Designressourcen wie SPICE-Modellen und Anwendungshinweisen, um die Entwicklung von Gleichrichterschaltungen unter Verwendung dieser Komponenten zu erleichtern.

Die Serie ist in einem kompakten DFN1212-4-HD-Gehäuse mit Abmessungen von nur 1,2 × 1,2 mm untergebracht, das zwei Dioden in einem einzigen Gehäuse integriert. Diese geringe Grundfläche reduziert die erforderliche Montagefläche auf der Leiterplatte und ermöglicht Schaltungsimplementierungen mit hoher Dichte. Das Gehäusedesign vereinfacht zudem die Konfiguration von Gleichrichterschaltungen, insbesondere bei mehrstufigen Gleichrichtern oder Brückentopologien, bei denen mehrere Diodenbauelemente erforderlich sind.



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