通信系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)、趨勢與應(yīng)用實(shí)例

更好的散熱管理。對于板上電源而言，整個系統(tǒng)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(tǒng)的長期可靠性。

更低的成本。由于板上電源可以根據(jù)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(biāo)準(zhǔn)電源模塊更低，它還節(jié)省了大電流連接器的費(fèi)用，另外更加理想的瞬態(tài)調(diào)節(jié)進(jìn)一步減少了輸出去耦電容的數(shù)量。板上電源的大多數(shù)器件還可用于其它系統(tǒng)功能模塊中，這些器件潛在的批量價(jià)格優(yōu)勢也會進(jìn)一步降低成本。

◆ 多相技術(shù)成為大電流電源設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

傳統(tǒng)的單相方案通過將多個MOSFET并聯(lián)再用一個龐大的電感器來傳輸所需大電流，這種方**在MOSFET上導(dǎo)致較大開關(guān)損耗，且在電感器和MOSFET焊盤上引起電流堆積，影響PCB的可靠性。由于效率與開關(guān)頻率都很低，必須使用大輸出電感器，使瞬態(tài)響應(yīng)變緩。多相拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基于現(xiàn)有電源器件技術(shù)之上，相比單相結(jié)構(gòu)要優(yōu)越很多，尤其當(dāng)供電電流超過20A時(shí)。

多相技術(shù)對多個并聯(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供電總線的應(yīng)用特別有吸引力。

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

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

◆ 隔離設(shè)計(jì)中需要同步整流和次級控制

在通信系統(tǒng)中，有些低電壓大電流電源的輸入從-48V背板而來，必須采用變壓器耦合結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)電氣隔離。這些電源里次級整流器的傳導(dǎo)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功耗。由于自驅(qū)動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(yīng)用中應(yīng)采用外部驅(qū)動技術(shù)。

傳統(tǒng)的隔離電源設(shè)計(jì)采用初級控制，輸出反饋誤差電壓通過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(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)也很慢。一種替代方案是次級PWM控制或調(diào)節(jié)后控制，在250kHz開關(guān)頻率下可以達(dá)到50kHz環(huán)路帶寬，在低電壓大電流電源設(shè)計(jì)的隔離中，該方案開始得到更多設(shè)計(jì)工程師的關(guān)注。低電壓大電流電源設(shè)計(jì)實(shí)例

大部分電信設(shè)備從中央局端的-48V背板接受輸入信號，如果線路板上需要多個大電流電源，最好將48V轉(zhuǎn)換為5V到12V之間的隔離輸出電壓，然后再用多個非隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器從中生成低壓電源。不過如果只需要兩三種輸出電壓，也可以直接從48V進(jìn)行轉(zhuǎn)換，此時(shí)通常需要用次級PWM控制以實(shí)現(xiàn)理想的輸出調(diào)節(jié)。以下是兩個設(shè)計(jì)實(shí)例，第一個是將中間電壓轉(zhuǎn)換為低電壓的多相非隔離電源，第二個是輸入為-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是一個簡化的兩相40A電源，這種設(shè)計(jì)采用了Linear

Technology公司的LTC3729UH兩相同步降壓控制器。LTC3729驅(qū)動相位差為180度的兩個大功率同步降壓級，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，并通過片上差分放大器實(shí)現(xiàn)對正負(fù)輸出電壓線路的遠(yuǎn)程檢測。不是所有的多相控制器都能對負(fù)極輸出端進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測。

對于需要超過40A的應(yīng)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LTC3729芯片可很容易增加多個具有相位差的級，將反饋誤差放大器連接在一起可實(shí)現(xiàn)自動電流分配。圖2是使用六個LTC3729控制器實(shí)現(xiàn)十二相電路的示意圖。

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

傳統(tǒng)上多路輸出隔離電源靠輸出電感器耦合實(shí)現(xiàn)輔助輸出調(diào)節(jié)，但輔助輸出的負(fù)載調(diào)節(jié)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(shè)計(jì)采用一個基于LT3710的后調(diào)節(jié)器，LT3710驅(qū)動同步降壓電路降低次級線圈電壓。圖3是一個-48V輸入、3.3V和2.5V輸出的隔離電源簡化原理圖。該設(shè)計(jì)方案在兩個輸出級都采用了同步整流器：LTC1698在3.3V輸出端驅(qū)動同步整流器，并將3.3V電壓反饋給初級;LT3710在2.5V端驅(qū)動MOSFET，并在次級直接調(diào)節(jié)2.5V輸出電壓。這個方案能在兩個輸出端都實(shí)現(xiàn)較高的效率，并在2.5V輸出端得到快速負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。同步整流對于2.5V輸出端尤其重要，因?yàn)橄旅娴腗O