通信系統(tǒng)的供電架構(gòu)分析

現(xiàn)代電信系統(tǒng)需要更寬的帶寬、更快的數(shù)據(jù)率、更嚴(yán)密的保密措施、更新性能、更多的用戶和用戶特性的廣泛性，這促使為現(xiàn)代電信系統(tǒng)提供dc電壓和電流的電源設(shè)計(jì)，正在從傳統(tǒng)形式轉(zhuǎn)變到新的技術(shù)形態(tài)，基于dc-dc變換器的新一代電源系統(tǒng)必須工作在寬輸入電壓范圍，有時(shí)達(dá)到30~100V。同時(shí)，電源系統(tǒng)為高性能通信系統(tǒng)的ASIC、DSP和用深亞微米CMO工藝設(shè)計(jì)的微處理器提供若干低電平dc電壓。

在通信和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器應(yīng) 用中，這意味著不僅僅變換48V輸入電壓為傳統(tǒng)的5V和3.3V，而且變換為新的更低的電壓(范圍從低于1V到2.5V，負(fù)載電流10~35A)。另外， 電源系統(tǒng)必須保持嚴(yán)格的容限并產(chǎn)生最小的噪聲來保持信號(hào)的完整性。這些增加的要求發(fā)生空間受限制和熱管理是主要考慮的環(huán)境中。

為了滿足這些要求，電源系統(tǒng)架構(gòu)正在從早期的集中提供較低電壓和電流變換到目前的分布方法。代替單電源產(chǎn)生所有必須的電壓電平，現(xiàn)在電源沿著第2和第3總線分布到dc-dc變換器，降壓到適合各個(gè)電路或子系統(tǒng)的電壓電平。

在每個(gè)電平，設(shè)計(jì)人員可以設(shè)計(jì)或購(gòu)買dc-dc變換器，這種變換器為若干IC、ASIC、溫合信號(hào)器件或完整的印刷電路板提供必須的電壓和電流。每 種dc-dc變換器具有特殊的拓?fù)?/strong>，拓?fù)淙Q于它供電的電路和所工作系統(tǒng)的很多因素，如效率、噪聲電平、物理因數(shù)(高度、重量、大小)，所需的輸出電壓數(shù) 量、功耗和散熱。本文將討論專門的折衷考慮和滿足不同系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)目標(biāo)的最好拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

降壓變換器是構(gòu)成大多數(shù)開關(guān)變換器架構(gòu)基礎(chǔ)的基本拓?fù)?。它是最通用的拓?fù)?，在分?strong>電源系統(tǒng)中會(huì)用到這種拓?fù)洌驗(yàn)楸仨氉儞Q高dc電壓(48V)到較低的電壓，而且功耗小。開關(guān)是一個(gè)功率晶體管(通常是MOSFET)，其柵極由執(zhí)行脈寬調(diào)制(PWM)的IC驅(qū)動(dòng)它控制占空比(晶體管的開關(guān)時(shí)間)，從而控制輸出電壓大小。圖6示出非隔離降壓拓?fù)洹?/p>

降壓變換器特性為：

·無隔離地

·只降電壓

·只有單輸出

·非常高的效率

·低輸出紋波電流

·高輸入紋波電流

·需要高端柵極驅(qū)動(dòng)

·大占空比范圍

·寬穩(wěn)壓范圍

低功率拓?fù)?/p>

單晶體管拓?fù)?圖7)，如降壓、升壓、正激、反激是在分布系統(tǒng)(高達(dá)100W)中設(shè)計(jì)用于相當(dāng)?shù)凸β守?fù)載的dc-dc變換器。降壓和升壓電路是非隔離的，而正激和反激變換器提供變壓器隔離。

大功率拓?fù)?/p>

推挽、半橋和全橋dc—dc變換器是隔離開關(guān)拓?fù)?，與單晶體管類型相比這種拓?fù)淠芴峁└蠊β瘦敵觥?晶體管拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn)是用同樣大小的 變壓器它所提供的功率是單晶體管類型的2倍。橋拓?fù)渲械木w管僅注意一半或正激(或推挽)配置中較小電壓承載。所以，晶體管電壓額定值為其他拓?fù)?/strong>所需值的 幾分之一。半橋和全橋變換器往往用于離線應(yīng)用中，工作具有非常高的400V dc輸入電壓(來自整流和功率因數(shù)校正的ac輸入線電壓)。