通信設備幾種常見內(nèi)置電源解決方案

1。引言

　　由于通信的迅速發(fā)展，導致其單板負載的變化非常快，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1：同一塊單板上需要多種不同電壓的供電電源，有的電源電壓輸出還要可以數(shù)字程控;

　　2：各種輸出的供電電源均朝更低的電壓，更大的電流，更高的精度，更快的負載變化方向發(fā)展;

　　3：同一單板上的不同負載，對它們的供電電源有開關(guān)機時序的要求;

　　4：進一步降低電源的高度、提高電源的功率密度以滿足不斷增長的單板功能密度要求，等等。隨著單板負載對其供電電源要求的不斷提高，這種電源的設計及相應電源解決方案的設計也變得更為復雜與多樣化。本文通過介紹通信設備已有的電源解決方案(限于內(nèi)置式)，并結(jié)合上述單板負載的新要求，來規(guī)劃下一代通信設備可能采用的各種電源解決方案，以供國內(nèi)開關(guān)電源生產(chǎn)企業(yè)在規(guī)劃自己的產(chǎn)品系列和市場策略時參考。

　　2。各種已有的電源解決方案介紹

　　已有的電源解決方案通常有AC-DC模塊和DC-DC模塊組合而成。這些AC-DC模塊和DC-DC模塊既有標準的，也有客戶定制的，取決于所選擇的電源解決方案。電源解決方案是開關(guān)電源產(chǎn)品發(fā)展方向的路標。了解通信商的電源解決方案并幫助他們設計最優(yōu)的電源解決方案對電源的發(fā)展將是非常重要的。下面先介紹各種已有電源解決方案的框圖和特點及相關(guān)評述。

　　1)。集中式供電的電源解決方案

　　圖1(a)是用單個AC-DC多輸出變換器構(gòu)成的，其特征為：1：材料成本低;2：多為定制產(chǎn)品，開發(fā)時間長，開發(fā)成本高;3：可靠性低;4：熱管理困難;5：大的負載需遠端補償，等等。它是許多較小通信設備中所用的供電方案，這種AC/DC模塊是目前許多中小型電源企業(yè)的主要產(chǎn)品。圖1(b)是用(n+1)個AC-DC多輸出變換器構(gòu)成的系統(tǒng)[!--empirenews.page--]其特征為：1：可靠性較高;2：可用相對標準的電源模塊實現(xiàn)，研制成本降低;3：材料成本比方案(a)高;4：熱管理困難;5：大的負載需遠端補償，等等。其典型例子有數(shù)據(jù)通信中用CPCI150，CPCI350等構(gòu)成的4輸出AC/DC系統(tǒng)。圖1(c)是用幾個不同的AC-DC多輸出變換器構(gòu)成的系統(tǒng)，其特征為：1：可靠性低;2：通常盡量采用已有的電源模塊，但無冗余功能;3：材料成本介于方案(a)和方案(b)之間;4：熱管理困難;5：大的負載需遠端補償，等等。這類內(nèi)置集中式供電電源的通信設備結(jié)構(gòu)見圖2所示。一般在設備的低部接圖1中所示的AC/DC供電系統(tǒng)，后面是低電壓的直流配電，向各單板上的負載供電。

　　2)。分布式供電的電源解決方案

　　分布式供電的電源解決方案是現(xiàn)在大部分通信設備所用的方案，下面介紹兩種結(jié)構(gòu)。

　　基本結(jié)構(gòu)(1)：AC/DC變換器系統(tǒng)+DC/DC變換器系統(tǒng)

　　這種結(jié)構(gòu)是一種兩級結(jié)構(gòu)，第一級的AC/DC多為n+1個AC/DC模塊組成的小系統(tǒng);其輸出是中間的直流母線(一般為-48V)，當系統(tǒng)的可靠性要求很高時，在中間母線上也可掛接電池。第二級是一個DC/DC系統(tǒng)，它既可以用定制的多輸出電源模塊來實現(xiàn)，也可以用

　　各種標準的DC/DC模塊來實現(xiàn)，如半磚，1/4磚甚至1/8磚等模塊，后面的負載直接有DC/DC系統(tǒng)供電。其特征是：1：可靠性較高;2：熱管理比集中式容易;3：大的負載需遠端補償，等等。

　　基本結(jié)構(gòu)(2)：AC/DC變換器系統(tǒng)+板上DC/DC變換器+DC/DC變換器系統(tǒng)+三次DC/DC變換器交流輸入

　　這種結(jié)構(gòu)的第一級不變，仍為AC/DC小系統(tǒng)，其作用是輸出中間直流母線電壓(一般為-48V DC);所不同的是單板負載的供電實現(xiàn)，大部分單板采用板上DC/DC變換器供電，它們可以是標準的半磚和1/4磚甚至1/8磚DC/DC模塊，也可以是一些非標準的小功率DC/DC模塊;另一部分負載要求較高的單板則采用兩級DC/DC來實現(xiàn)供電，前級DC/DC既可以是一個標準的DC/DC模塊，也可以是由幾個標準DC/DC模塊組成的系統(tǒng)，類似于方案(1)中的DC/DC，區(qū)別是其輸出也僅是一個中間母線(一般為12V與5V)，它們給這些單板上的非隔離DC/DC變換器(或稱三次DC/DC變換器)供電。這種供電方案中的DC/DC，大部分采用了標準的DC/DC電源模塊及三次DC/DC變換器。其特征是：1：可靠性較高;2：熱管理容易;3：不需遠端補償，4：電源產(chǎn)品將更標準化，等等。[!--empirenews.page--]

3。電源解決方案的發(fā)展趨勢

　　上面介紹的幾種電源解決方案都已難以滿足單板負載的最新要求，因此設計新的電源解決方案已成為非常迫切的事情。結(jié)合國外電源的發(fā)展趨勢，作者預測了可能的兩種電源解決方案，介紹給各電源生產(chǎn)企業(yè)以供產(chǎn)品開發(fā)時的參考。

　　方案(1)：AC/DC變換器系統(tǒng)+二次DC/DC模塊(或系統(tǒng))+板上三次DC/DC變換器

　　這種電源供電方案的AC/DC部分保持不變，輸出中間的母線電壓仍為-48V。所不同的是DC/DC部分，它由二次DC/DC模塊(或系統(tǒng))來提供一組單板(可以是一塊也可以是幾塊)的輸入母線(為12V)，所有單板上的供電都有三次DC/DC變換器來實現(xiàn)，它們是一種非隔離Buck DC/DC變換器，目前除了輸出濾波電感、濾波電容等少數(shù)幾個元件外，其余的已被集成在一個芯片中，因次三次DC/DC變換器的主要器件已是功率IC，其設計將變得非常靈活和簡單，且能非常容易地滿足通信負載的各種新要求。這種方案在國外已開始應用。因目前的電源企業(yè)往往還不能開發(fā)功率IC，所以他們?nèi)詴ラ_發(fā)分離的三次DC/DC模塊，并可能會仿照二次DC/DC模塊那樣進行標準化與系列化，這種結(jié)果是導致另一種新的電源解決方案也即下面要介紹的方案(2)的產(chǎn)生，如圖6所示。它與方案(1)的區(qū)別僅在于單板上供電的非隔離DC/DC變換器的實現(xiàn)方法上

　　方案(1)是用功率IC 再加一些濾波元件來實現(xiàn)的;而方案(2)則是由電源公司設計制造的另一種電源模塊。

　　方案(2)：AC/DC變換器系統(tǒng)+二次DC/DC模塊(或系統(tǒng))+板上三次DC/DC模塊