কমিউনিকেশন সিস্টেমের নির্ভরযোগ্যতাকে পাওয়ার মডিউলগুলি কীভাবে প্রভাবিত করে?

পাওয়ার মডিউলের দক্ষতা এবং কমিউনিকেশন সিস্টেমের স্থিতিশীলতার উপর এর প্রভাব

সিগন্যাল অখণ্ডতার উপর পাওয়ার মডিউল দক্ষতার প্রভাব

পাওয়ার মডিউলগুলির দক্ষতার স্তরের যোগাযোগ ব্যবস্থার নির্ভরযোগ্যতার উপর প্রকৃত প্রভাব পড়ে, মূলত কারণ এটি বৈদ্যুতিক শব্দের মাত্রা এবং তাপ উৎপাদন উভয়কেই প্রভাবিত করে। যখন এই মডিউলগুলি 90% এর নিচে দক্ষতায় কাজ করে, তখন তারা IEEE-এর কিছু সদ্য গবেষণা অনুযায়ী প্রায় 40% বেশি হারমোনিক বিকৃতি তৈরি করে। এই অতিরিক্ত বিকৃতি 5G বেস স্টেশনের মতো সরঞ্জামগুলিতে সিগন্যালের গুণমানকে বিঘ্নিত করে, ফলে সিগন্যালগুলি পরিষ্কার থাকা কঠিন হয়ে পড়ে। প্যাকেট হারানোর ঘটনা আরও বেশি ঘটে, বিশেষ করে এখন আমরা যে উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সির mmWave নেটওয়ার্কগুলি সর্বত্র দেখছি তাতে এটি স্পষ্টভাবে লক্ষণীয়। একটি বড় টেলিকম কোম্পানি আসলে তাদের পুরানো সরঞ্জামগুলি নতুন 94% দক্ষতায় চলমান মডিউলগুলি দিয়ে প্রতিস্থাপন করার পর তাদের সিগন্যাল ত্রুটির হার প্রায় দুই তৃতীয়াংশ কমে যাওয়া লক্ষ্য করে। এখান থেকে পাওয়া মূল বার্তাটি খুব সরল: আমাদের ডেটা স্থানান্তর ক্ষতিগ্রস্ত না হয়ে অক্ষত থাকার জন্য পরিষ্কার পাওয়ার ডেলিভারি পাওয়া সত্যিই গুরুত্বপূর্ণ।

কেস স্টাডি: শিল্প ক্ষেত্রে নেটওয়ার্ক বন্ধ হওয়ার কারণে পাওয়ার মডিউলের ব্যর্থতা

২০২২ সালে একটি বড় অটোমোবাইল পার্টস তৈরির প্রতিষ্ঠান তাদের স্মার্ট ফ্যাক্টরি ফ্লোরে পুরানো পাওয়ার মডিউলগুলি ব্যর্থ হওয়ার কারণে ১৪ ঘন্টার ভয়াবহ নেটওয়ার্ক বন্ধ অভিজ্ঞতা করে, যার খরচ পড়ে প্রায় দুই মিলিয়ন ডলার। কী ভুল হয়েছিল তা খতিয়ে দেখলে দেখা যায় যে ছোট ছোট সমস্যা দ্রুত আকার নিয়েছিল। এসি টু ডিসি কনভার্টার থেকে ৭২% দক্ষতায় চলার সময় ভোল্টেজ কমে যাওয়ার মাধ্যমে এই গোলমাল শুরু হয়। তারপর পরিস্থিতি আরও বেগবান হয়ে ওঠে যখন যোগাযোগের বিলম্ব ৮০০ মিলিসেকেন্ড পর্যন্ত বেড়ে যায়, আর তারপর পিএলসি সিস্টেমটি সম্পূর্ণভাবে বন্ধ হয়ে যায়। মেরামতের জন্য ১.৮ লক্ষ ডলারের বেশি খরচ হয় কারণ দীর্ঘ সময় ধরে অতি উষ্ণ অবস্থায় থাকার কারণে প্রিন্টেড সার্কিট বোর্ডগুলি গলে যায়। এই ঘটনাটি সব প্রস্তুতকারকদের জন্য একটি স্পষ্ট সতর্কতা হিসাবে কাজ করে যে গুরুত্বপূর্ণ কার্যক্রম চালানোর জন্য তাদের সরঞ্জামগুলির প্রকৃত দক্ষতা যাচাই করতে বাইরের বিশেষজ্ঞদের নিয়োগ করা উচিত।

প্রবণতা: টেলিকম সিস্টেমগুলিতে উচ্চ-দক্ষতার GaN এবং SiC পাওয়ার মডিউল গ্রহণ

দক্ষতা, তাপ এবং জায়গার সীমাবদ্ধতা মোকাবেলায় টেলিকম শিল্প দ্রুত গ্যালিয়াম নাইট্রাইড (GaN) এবং সিলিকন কার্বাইড (SiC) পাওয়ার মডিউল গ্রহণ করছে:

2024 সালে ভেরিজন 15,000 সেল টাওয়ারে GaN-ভিত্তিক রেকটিফায়ার বসানোর মাধ্যমে বার্ষিক শক্তি খরচ 8.7 মিলিয়ন ডলার কমিয়েছে এবং 4G/5G হ্যান্ডঅফ অঞ্চলগুলিতে সিগন্যালের সামঞ্জস্য উন্নত করেছে।

কৌশল: মিশন-সমালোচনামূলক যোগাযোগ নোডের জন্য ত্রুটি-সহনশীল পাওয়ার সাপ্লাই ডিজাইন করা

আধুনিক ত্রুটি-সহনশীল ডিজাইনগুলি তিনটি প্রধান কৌশল একত্রিত করে:

1. ফেজ-ইন্টারলিভিং: মাল্টি-মডিউল সেটআপে কারেন্ট চাপ 55% হ্রাস করে
2. ডাইনামিক লোড শেয়ারিং: মডিউল ব্যর্থতার সময় <5% লোড অসামঞ্জস্য বজায় রাখে
3. পূর্বাভাসমূলক বিশ্লেষণ: এমএল মডেলগুলি ক্যাপাসিটরের ক্ষয় 600 ঘন্টা আগে থেকে শনাক্ত করতে পারে

এই কৌশলগুলি ব্যবহার করে একটি হাসপাতাল নেটওয়ার্ক জরুরি যোগাযোগের জন্য 99.9999% পাওয়ার সুলভ্যতা অর্জন করেছে, যেখানে অনুকল্পিত বিদ্যুৎ চলে যাওয়ার সময় স্বয়ংক্রিয় ফেইলওভার 2ms-এর মধ্যে সম্পন্ন হয়।

পাওয়ার মডিউল এবং যোগাযোগ সার্কিটের মধ্যে ইলেকট্রোম্যাগনেটিক ইন্টারফারেন্স পরিচালনা

পাওয়ার মডিউলগুলিতে ইএমআই উৎপাদন এবং জিগবি যোগাযোগের উপর এর প্রভাব বোঝা

পাওয়ার মডিউলগুলি মূলত ডিসি-ডিসি কনভার্টার এবং ভোল্টেজ রেগুলেটরগুলির ভিতরে থাকা উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি সুইচগুলির কারণে ইলেকট্রোম্যাগনেটিক ব্যাঘাত (EMI) তৈরি করে। সমস্যা হল এই ব্যাঘাত দুটি উপায়ে ছড়িয়ে পড়ে: এটি তারগুলির মধ্যে পরিবাহিত হয় এবং স্থানের মধ্যে বিকিরণও করে, যা 2.4 GHz ব্যান্ডে কাজ করে এমন জিগবি ডিভাইসগুলির মতো জিনিসের সংকেতগুলিকে বিঘ্নিত করে। গত বছর প্রকাশিত কিছু গবেষণা অনুযায়ী, প্রায় অর্ধেক এম্বেডেড সিস্টেম তাদের পাওয়ার সাপ্লাইগুলিতে উপযুক্ত ফিল্টারিংয়ের অভাবে তাদের EMI পরীক্ষার প্রথম পর্ব পাস করতে ব্যর্থ হয়েছিল। যখন আমরা নির্দিষ্টভাবে জিগবি নেটওয়ার্কগুলির দিকে তাকাই, তখন আমরা দেখতে পাই যে এই পাওয়ার মডিউলগুলি যথাযথভাবে ফিল্টার না করলে প্যাকেট লস কখনও কখনও 15% এর বেশি হয়। এই ধরনের ব্যাঘাত IoT ডিভাইসগুলির বাস্তব পরিস্থিতিতে কতটা ভালোভাবে কাজ করা সম্ভব তা খুব বেশি ক্ষতি করে।

ঘন ইলেকট্রনিক পরিবেশে EMI শিল্ডিংয়ের জন্য সেরা অনুশীলন

কার্যকর EMI হ্রাস করার জন্য স্তরযুক্ত পদ্ধতির প্রয়োজন:

• তামা-অ্যালুমিনিয়াম খাদ দিয়ে তৈরি পরিবাহী আবরণ সরবরাহ করে 60–80 dB ক্ষয় ৬ গিগাহার্টজ পর্যন্ত
• ফেরাইট চোকগুলি কমন-মোড শব্দ কমায় 20 dB ১–১০০ মেগাহার্টজের মধ্যে
• অপটিমাইজড পিসিবি লেআউট লুপ এলাকা কমায় 40%, যুক্তিকরণ কমিয়ে আনতে

ইএমসি গবেষকদের কাছ থেকে পিসিবি লেআউট অপটিমাইজেশন সম্পর্কিত সদ্য গবেষণা দেখায় যে 5G বেস স্টেশনের ডিজাইনে গ্রাউন্ডেড কপার পাউর দিয়ে পাওয়ার এবং সিগন্যাল লেয়ারগুলি পৃথক করলে ক্যাপাসিটিভ কাপলিং 35% কমে যায়।

পাওয়ার মডিউল ডিজাইনে মিনিয়েচারাইজেশন এবং ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক সামঞ্জস্যতার মধ্যে ভারসাম্য বজায় রাখা

চিপ স্পেসিংয়ের কারণে ইএমআই ঝুঁকি বাড়ায়, যা ক্যাপাসিটিভ কাপলিং বাড়ায় 30–50%তুলনামূলক প্রচলিত লেআউটের তুলনায়। উন্নত সমাধানগুলির মধ্যে রয়েছে:

বিকিরণ-দৃঢ়কৃত মডিউলগুলি এখন স্থানীয় শিল্ডিং ক্যাপ এবং 0.1 mm ডাইলেকট্রিক স্পেসার অন্তর্ভুক্ত করে, 15 mm³-এর নিচে প্যাকেজে MIL-STD-461G অনুপালন অর্জন করে 15 mm³ , যা স্যাটেলাইট ট্রান্সসিভার এবং অন্যান্য কমপ্যাক্ট যোগাযোগ ব্যবস্থার জন্য আদর্শ করে তোলে।

পারিপার্শ্বিক চাপ: তাপীয়, বিকিরণ এবং যান্ত্রিক চ্যালেঞ্জ পাওয়ার মডিউলের জন্য

মিশন-সমালোচনামূলক সিস্টেমে পাওয়ার মডিউলগুলি চরম পারিপার্শ্বিক অবস্থার অধীনে দ্রুত ক্ষয়ের সম্মুখীন হয়। দীর্ঘমেয়াদী নির্ভরযোগ্যতাকে হুমকির তিনটি প্রধান উপাদান হল:

উচ্চ তাপমাত্রা এবং তাপীয় চক্রের অধীনে পাওয়ার মডিউলগুলিতে ক্ষয়ের ক্রিয়াকলাপ

-40°C এবং 125°C-এর মধ্যে তাপমাত্রা পরিবর্তন নিম্নলিখিত কারণে ক্রমাগত ক্ষতির দিকে নিয়ে যায়:

• সোল্ডার জয়েন্টের ক্লান্তি (তাপ-প্ররিত ব্যর্থতার 38% এর জন্য দায়ী)
• ক্যাপাসিটরগুলিতে ইলেকট্রোলাইটের বাষ্পীভবন
• তাপীয় ইন্টারফেস উপকরণগুলির স্তর বিচ্ছিন্ন হওয়া

শিল্প তথ্য অনুযায়ী, দৈনিক তাপীয় চক্রের সংস্পর্শে থাকা মডিউলগুলি স্থিতিশীল পরিবেশে থাকা মডিউলগুলির তুলনায় 3.2× দ্রুত ব্যর্থ হয়

পাওয়ার আইসি-এ বিকিরণ-জনিত ব্যর্থতা এবং ডেটা স্থানান্তরের উপর এর প্রভাব

আয়নীকরণ বিকিরণ দুটি প্রধান ব্যর্থতার মode সৃষ্টি করে:

1. সিঙ্গেল-ইভেন্ট ল্যাচ-আপ (SEL): ভোল্টেজ রেগুলেশন নিষ্ক্রিয় করে এমন শর্ট সার্কিট তৈরি করে
2. টোটাল আয়নাইজিং ডোজ (TID): MOSFET চালনার ক্ষমতা 15–60% হ্রাস করে ধীরে ধীরে ক্ষয়

এই প্রভাবগুলি ডিজিটাল যোগাযোগে সময়কালীন ত্রুটি ঘটায়, যেখানে অ-বিকিরণ-দৃঢ়ীকৃত পাওয়ার আইসি ব্যবহার করলে X-ব্যান্ড রাডার সিস্টেমগুলিতে বিট ত্রুটির হার 22% বৃদ্ধি পায়।

কেস স্টাডি: পারমাণবিক বিদ্যুৎ কেন্দ্রের দুর্ঘটনায় যোগাযোগ সরঞ্জামের কর্মদক্ষতা

2023 এর জরুরি যোগাযোগ সরঞ্জামের চাপ পরীক্ষার সময়, 50 krad/ঘন্টা গামা বিকিরণের অধীনে 72 ঘন্টার মধ্যে স্ট্যান্ডার্ড পাওয়ার মডিউলগুলি ব্যর্থ হয়। তদ্বিপরীতে, সিলিকন-অন-ইনসুলেটর (SOI) প্রযুক্তি ব্যবহার করে বিকিরণ-দৃঢ়ীকৃত ডিজাইনগুলি 30-দিনের পরীক্ষায় 94% দক্ষতা বজায় রাখে, যা পারমাণবিক দুর্ঘটনা মোকাবিলার সময় নির্ভরযোগ্য কার্যকারিতার জন্য অপরিহার্য প্রমাণিত হয়েছে।

কৌশল: বিকিরণ-দৃঢ়ীকৃত এবং তাপ-প্রতিরোধী পাওয়ার মডিউল নির্বাচন

তিন-স্তরের নির্বাচন কাঠামো ব্যবহার করুন:

1. বিকিরণ-প্রবণ পরিবেশের জন্য ন্যূনতম 100 krad TID সহনশীলতা
2. ≥10,000 চক্রের তাপীয় আঘাত সার্টিফিকেশন (-55°C থেকে +150°C)
3. 15g RMS পর্যন্ত কম্পন প্রতিরোধ (MIL-STD-810H)

কঠোর শিল্প বা এয়ারস্পেস পরিবেশে মোতায়েনের জন্য তামা-অ্যালুমিনিয়াম কম্পোজিট বেসপ্লেট এবং হিমায়িত প্যাকেজিং সহ মডিউলগুলিকে অগ্রাধিকার দিন।

নন-রিডন্ডেন্সি পাওয়ার আর্কিটেকচারে একক পয়েন্টের ব্যর্থতার ঝুঁকি

রিডন্ড্যান্সের অভাব থাকা পাওয়ার সিস্টেমগুলি যোগাযোগ নেটওয়ার্কগুলির জন্য গুরুতর সমস্যা সৃষ্টি করে। যখন একটি উপাদান ব্যর্থ হয়, এটি প্রায়ই পুরো সিস্টেমের বড় ধরনের ব্যাঘাত ঘটায়। ২০২৩ সালে পোনেমনের গবেষণার মতে অপ্রত্যাশিত বন্ধের কারণে কোম্পানিগুলি সাধারণত প্রতি বছর প্রায় ৭৪০,০০০ ডলার হারাবে। গত বছর, স্থানীয় একটি সেল ফোন কোম্পানিতে ১৪ ঘণ্টার জন্য ব্যাপকভাবে বিদ্যুৎ বন্ধ ছিল যখন তাদের একমাত্র পাওয়ার সোর্সের ক্যাপাসিটারটি ভেঙে পড়েছিল, যার ফলে ১২ হাজার গ্রাহক সেবা ছাড়াই ছিলেন। এই ক্ষেত্রের অধিকাংশ বিশেষজ্ঞই নেটওয়ার্ক ব্যর্থতার প্রায় তিন-চতুর্থাংশের জন্য দুর্বল শক্তি ব্যাক-আপ পরিকল্পনাকে আঙ্গুল দেখান। এটি স্পষ্ট করে দেয় যে কেন আজকাল যে কেউ সমালোচনামূলক অবকাঠামো পরিচালনা করে তার জন্য শক্তিশালী সিস্টেম তৈরি করা সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ বিষয়।

নীতি: যোগাযোগ হাবগুলিতে বিদ্যুৎ সরবরাহ ডিজাইনে N+1 রিডানডেন্সি মডেল

N+1 রিডানডেন্সি সিস্টেমটি চলমান মডিউলগুলির পাশাপাশি একটি অতিরিক্ত মডিউল প্রস্তুত রেখে কাজ করে। বড় টেলিকম কোম্পানিগুলির প্রতিবেদন অনুযায়ী, ব্যাকআপ ছাড়া সিস্টেমগুলির তুলনায় এই ব্যবস্থা প্রায় 92% ব্যর্থতা কমিয়ে দেয়। 2023 এর জুলাই মাসে আরিজোনার একটি টায়ার-4 সুবিধার উদাহরণ নিন। যখন তাপমাত্রা রেকর্ড স্তরে পৌঁছেছিল, প্রাথমিক হার্ডওয়্যার ওভারহিট হওয়ার সঙ্গে সঙ্গে সেই ব্যাকআপ মডিউলগুলি স্বয়ংক্রিয়ভাবে চালু হয়ে গিয়েছিল এবং তাদের সার্ভারগুলি 99.999% উপলব্ধতায় চালু ছিল। অধিকাংশ বিশেষজ্ঞদের মতে, এই ধরনের রিডানডেন্সি গুরুত্বপূর্ণ অবকাঠামো প্রকল্পের জন্য যুক্তিযুক্ত। এখন আমরা টেলিকম নেটওয়ার্কগুলির মধ্যে এটি ব্যাপকভাবে বাস্তবায়ন করছি, বিশেষ করে যেখানে 5G সরঞ্জামগুলির ধ্রুবক নজরদারি প্রয়োজন কারণ এই বেস স্টেশনগুলি কোনও বিরতি ছাড়াই খুব বেশি ট্রাফিক পরিচালনা করে।

কেস স্টাডি: ডুয়াল পাওয়ার মডিউল ব্যবহার করে সেলুলার বেস স্টেশনগুলিতে আপটাইম উন্নতি

গত বছর একটি ইউরোপীয় টেলিকম কোম্পানি 4,500 টাওয়ারের মধ্যে ডুয়াল পাওয়ার মডিউল স্থাপন করার পর বেস স্টেশনের নির্ভরযোগ্যতা প্রায় 63 শতাংশ বৃদ্ধি পায়। যখন বৈদ্যুতিক গ্রিডে সমস্যা হয়েছিল, তখন এই ব্যাকআপ সিস্টেমগুলি প্রায় 10-এর মধ্যে 8 ক্ষেত্রে ভোল্টেজ ড্রপ সফলভাবে মোকাবেলা করেছিল, যার ফলে ঐ জটিল মুহূর্তগুলিতে কম কল ড্রপ হয়েছিল এবং কম ডেটা হারিয়ে গিয়েছিল। এছাড়াও, এই ব্যবস্থাটি রক্ষণাবেক্ষণের কাজকে অনেক বেশি মসৃণ করে তুলেছিল। প্রযুক্তিবিদরা সবকিছু স্বাভাবিকভাবে চালানোর সময় পুরানো মডিউলগুলি প্রতিস্থাপন করতে পেরেছিলেন, তাই গ্রাহকরা কোনও ডাউনটাইম লক্ষ্য করেনি।

অবিচ্ছিন্ন কার্যকারিতার জন্য হট-সোয়াপযোগ্য পাওয়ার মডিউল বাস্তবায়ন

হট-সোয়াপযোগ্য পাওয়ার মডিউলগুলি ত্রুটিপূর্ণ ইউনিটগুলির লাইভ প্রতিস্থাপনের অনুমতি দেয়, যা ডাউনটাইমকে ন্যূনতমে নিয়ে আসে। ২০২৩ সালে মেট্রো-এলাকার নেটওয়ার্কিং গিয়ার নিয়ে একটি পরীক্ষায় দেখা গেছে যে পুরো বন্ধ করার প্রয়োজন হয় এমন ঐতিহ্যবাহী সিস্টেমের তুলনায় ৪০% দ্রুত পুনরুদ্ধারের সময় পাওয়া যায়। ভবিষ্যদ্বাণীমূলক মনিটরিং সিস্টেমের সাথে জোড়া দেওয়া হলে, ব্যর্থতার আগেই শেষ-অবধি-জীবনের সীমার কাছাকাছি পৌঁছানো মডিউলগুলি চিহ্নিত করে এই পদ্ধতি মাধ্যমিক মেরামতির সময় (MTTR) হ্রাস করে।