通信設(shè)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(dǎo)致其單板負(fù)載的變化非常快，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)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(fù)載變化方向發(fā)展;

　　3：同一單板上的不同負(fù)載，對它們的供電電源有開關(guān)機(jī)時(shí)序的要求;

　　4：進(jìn)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(fù)載對其供電電源要求的不斷提高，這種電源的設(shè)計(jì)及相應(yīng)電源解決方案的設(shè)計(jì)也變得更為復(fù)雜與多樣化。本文通過介紹通信設(shè)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(fù)載的新要求，來規(guī)劃下一代通信設(shè)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(shí)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)。了解通信商的電源解決方案并幫助他們設(shè)計(jì)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(diǎn)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(gè)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(shí)間長，開發(fā)成本高;3：可靠性低;4：熱管理困難;5：大的負(fù)載需遠(yuǎn)端補(bǔ)償，等等。它是許多較小通信設(shè)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(gè)AC-DC多輸出變換器構(gòu)成的系統(tǒng)其特征為：1：可靠性較高;2：可用相對標(biāo)準(zhǔn)的電源模塊實(shí)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(fù)載需遠(yuǎn)端補(bǔ)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(gè)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(fù)載需遠(yuǎn)端補(bǔ)償，等等。這類內(nèi)置集中式供電電源的通信設(shè)備結(jié)構(gòu)見圖2所示。一般在設(shè)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(fù)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(shè)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(gè)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(dāng)系統(tǒng)的可靠性要求很高時(shí)，在中間母線上也可掛接電池。第二級是一個(gè)DC/DC系統(tǒng)，它既可以用定制的多輸出電源模塊來實(shí)現(xiàn)，也可以用

　　各種標(biāo)準(zhǔn)的DC/DC模塊來實(shí)現(xiàn)，如半磚，1/4磚甚至1/8磚等模塊，后面的負(fù)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(fù)載需遠(yuǎn)端補(bǔ)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(fù)載的供電實(shí)現(xiàn)，大部分單板采用板上DC/DC變換器供電，它們可以是標(biāo)準(zhǔn)的半磚和1/4磚甚至1/8磚DC/DC模塊，也可以是一些非標(biāo)準(zhǔn)的小功率DC/DC模塊;另一部分負(fù)載要求較高的單板則采用兩級DC/DC來實(shí)現(xiàn)供電，前級DC/DC既可以是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的DC/DC模塊，也可以是由幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)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(gè)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(biāo)準(zhǔn)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(yuǎn)端補(bǔ)償，4：電源產(chǎn)品將更標(biāo)準(zhǔn)化，等等。

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(fù)載的最新要求，因此設(shè)計(jì)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(yù)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(shí)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(shí)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(gè)元件外，其余的已被集成在一個(gè)芯片中，因次三次DC/DC變換器的主要器件已是功率IC，其設(shè)計(jì)將變得非常靈活和簡單，且能非常容易地滿足通信負(fù)載的各種新要求。這種方案在國外已開始應(yīng)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(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化與系列化，這種結(jié)果是導(dǎo)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(shí)現(xiàn)方法上

　　方案(1)是用功率IC 再加一些濾波元件來實(shí)現(xiàn)的;而方案(2)則是由電源公司設(shè)計(jì)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