通信系統電源設計的挑戰、趨勢與應用實(shí)例

更好的散熱管理。對于板上電源而言，整個(gè)系統電路板就起到了一種散熱器的作用，因此熱點(diǎn)位置的溫度要比電源模塊上的低得多(電源模塊上用于散熱的PCB面積非常有限)，從而提高了系統的長(cháng)期可靠性。

更低的成本。由于板上電源可以根據實(shí)際功率需求進(jìn)行優(yōu)化，因此這種方案的成本比大功率標準電源模塊更低，它還節省了大電流連接器的費用，另外更加理想的瞬態(tài)調節進(jìn)一步減少了輸出去耦電容的數量。板上電源的大多數器件還可用于其它系統功能模塊中，這些器件潛在的批量?jì)r(jià)格優(yōu)勢也會(huì )進(jìn)一步降低成本。

◆ 多相技術(shù)成為大電流電源設計標準

傳統的單相方案通過(guò)將多個(gè)MOSFET并聯(lián)再用一個(gè)龐大的電感器來(lái)傳輸所需大電流，這種方**在MOSFET上導致較大開(kāi)關(guān)損耗，且在電感器和MOSFET焊盤(pán)上引起電流堆積，影響PCB的可靠性。由于效率與開(kāi)關(guān)頻率都很低，必須使用大輸出電感器，使瞬態(tài)響應變緩。多相拓撲結構基于現有電源器件技術(shù)之上，相比單相結構要優(yōu)越很多，尤其當供電電流超過(guò)20A時(shí)。

多相技術(shù)對多個(gè)并聯(lián)電源的相位采取交錯使用方式，可在電源輸入輸出端消除紋波電流，進(jìn)而大大提高性能并降低成本：

紋波電流消除后可減小輸入電容、輸出電感和輸出電容的尺寸和成本。輸入紋波電流消除后降低了輸入噪聲，這對使用3.3V供電總線(xiàn)的應用特別有吸引力。

由于在瞬態(tài)場(chǎng)合輸出電感并聯(lián)以后效果更好，因而可得到更快的負載瞬態(tài)響應，另外較小等效電感提高了輸出電流轉換率。

更低開(kāi)關(guān)損耗和均勻電流傳輸使電源效率更高，這進(jìn)一步緩解了散熱問(wèn)題，并提高系統的整體可靠性。

◆ 隔離設計中需要同步整流和次級控制

在通信系統中，有些低電壓大電流電源的輸入從-48V背板而來(lái)，必須采用變壓器耦合結構實(shí)現電氣隔離。這些電源里次級整流器的傳導損耗是功率損耗的主要原因，使用同步整流可以大幅降低這類(lèi)功耗。由于自驅動(dòng)同步整流在某些工作條件下不太可靠，因此在可靠性非常重要的通信應用中應采用外部驅動(dòng)技術(shù)。

傳統的隔離電源設計采用初級控制，輸出反饋誤差電壓通過(guò)光耦合器傳送給初級控制器，這使回路的帶寬變得很窄(約為幾kHz)，且這種方式的負載瞬態(tài)響應也很慢。一種替代方案是次級PWM控制或調節后控制，在250kHz開(kāi)關(guān)頻率下可以達到50kHz環(huán)路帶寬，在低電壓大電流電源設計的隔離中，該方案開(kāi)始得到更多設計工程師的關(guān)注。低電壓大電流電源設計實(shí)例

大部分電信設備從中央局端的-48V背板接受輸入信號，如果線(xiàn)路板上需要多個(gè)大電流電源，最好將48V轉換為5V到12V之間的隔離輸出電壓，然后再用多個(gè)非隔離DC/DC轉換器從中生成低壓電源。不過(guò)如果只需要兩三種輸出電壓，也可以直接從48V進(jìn)行轉換，此時(shí)通常需要用次級PWM控制以實(shí)現理想的輸出調節。以下是兩個(gè)設計實(shí)例，第一個(gè)是將中間電壓轉換為低電壓的多相非隔離電源，第二個(gè)是輸入為-48V(-36～75V)的兩路輸出隔離電源。

◆ 實(shí)例一：3.3～12V輸入1.5V/40A輸出多相電源

圖1是一個(gè)簡(jiǎn)化的兩相40A電源，這種設計采用了Linear

Technology公司的LTC3729UH兩相同步降壓控制器。LTC3729驅動(dòng)相位差為180度的兩個(gè)大功率同步降壓級，控制器采用峰值電流模式控制以確保在并聯(lián)的兩端之間精確分配電流，并通過(guò)片上差分放大器實(shí)現對正負輸出電壓線(xiàn)路的遠程檢測。不是所有的多相控制器都能對負極輸出端進(jìn)行遠程監測。

對于需要超過(guò)40A的應用，解決方法是增加更多級，各級之間保持一定的相位差。利用多個(gè)LTC3729芯片可很容易增加多個(gè)具有相位差的級，將反饋誤差放大器連接在一起可實(shí)現自動(dòng)電流分配。圖2是使用六個(gè)LTC3729控制器實(shí)現十二相電路的示意圖。

◆實(shí)例二：帶后調節的高效-48V(-36V到-75V)輸入雙輸出(3.3V和2.5V)隔離電源

傳統上多路輸出隔離電源靠輸出電感器耦合實(shí)現輔助輸出調節，但輔助輸出的負載調節效果很差，而且耦合大電流電感器制造很困難，成本較高。本設計采用一個(gè)基于LT3710的后調節器，LT3710驅動(dòng)同步降壓電路降低次級線(xiàn)圈電壓。圖3是一個(gè)-48V輸入、3.3V和2.5V輸出的隔離電源簡(jiǎn)化原理圖。該設計方案在兩個(gè)輸出級都采用了同步整流器：LTC1698在3.3V輸出端驅動(dòng)同步整流器，并將3.3V電壓反饋給初級;LT3710在2.5V端驅動(dòng)MOSFET，并在次級直接調節2.5V輸出電壓。這個(gè)方案能在兩個(gè)輸出端都實(shí)現較高的效率，并在2.5V輸出端得到快速負載瞬態(tài)響應。同步整流對于2.5V輸出端尤其重要，因為下面的MO