通信系統中二次電源電路的濾波與緩啟原理

本文主要論述了二次電源系統中－48V電路經DC/DC變換3.3V模塊中的濾波、保護電路，以及在采用電源熱備份集中供電系統中，拔插采用3.3V電源的單板時抑止浪涌電流的電源緩啟電路。

引言

現代集成電路工藝已進入亞微米階段，數字信號的上升/下降時間普遍為亞納秒量級，這使高速數字系統的設計面臨巨大挑戰。晶體管尺寸越來越小，使得其工作電壓越來越低，同時時鐘頻率不斷上升，微處理器(CPU)和各種專用芯片（ASIC）集成的功能越來越多，其消耗的功率也越來越大，這對電源系統的穩定性和可靠性提出了更高的要求。

在通信系統設備中，電源的設計通常分一次電源和二次電源兩部分，一次電源系統的輸入是50Hz交流電，電壓根據國家不同分220V和110V兩種，輸出通常為－48V。二次電源通常指從－48V或－24V轉換成5V、3.3V等低電壓以及從低壓到低壓的轉換電源。

在采用集中供電的二次電源系統中，板卡插入主機時，主機已經處于穩定的工作狀態，所有容性負載均已充電。待插的板卡是不帶電的，板卡上的容性負載沒有充電。在熱插入過程中，待插板卡上的電容瞬間充電。充電過程將在插入的瞬間從系統電源吸納大量的電流，導致系統電壓瞬間跌落，影響其它板卡的正常運行。在電源線接觸的瞬間，系統電源的輸出電阻和待插板卡的電容組成RC充電通道，由于電源的輸出電阻很小，浪涌電流非常大。在拔出板卡的過程中，板卡上的旁路電容放電，和背板之間形成一個低阻通道，也會產生瞬間大電流。浪涌電流攜帶大量的能量，會毀壞接口器件、連接器和金屬連線。為了防止上述情況發生，所以要對電源系統進行必要的保護性設計。

1 二次電源的濾波保護

對于采用－48V輸入電壓供電的系統中，各單板的輸入電路的濾波和保護電路的設計一般要遵循的原則是：滿足相關的可靠性和電磁兼容技術標準的要求，相應的標準可以參考公司的技術標準和國際通行的標準。通常應用如圖1所示的電路。

圖1 典型－48V電源輸入濾波保護電路

輸入保護電路一般分防雷擊保護和輸入電壓反接保護，D1為單極性瞬態抑制二極管，插件封裝的推薦型號為1.5KE68A，D2為輸入電壓防反接二極管，插件封裝的推薦型號為SB560，D2也可以用保險絲替代，在單板總功率大于50W時，考慮D2的功率耗散建議使用保險絲。

濾波電路由一級π形濾波器和一級共模濾波器組成，C2、C3為鋁電解電容，電壓大于100V，建議使用105℃工作范圍的，容量在47～470μF，C1、C4為高頻濾波電容，推薦使用X7R材質的瓷片電容，或聚酯薄膜電容，容量0.47～1.5μF，耐壓大于63V。L1選用電感量在100～300μH之間，工作電流根據單板總功率確定，考慮電感的飽和因素，最好按50％降額。L2選取電感量在100～300μH之間，注意這個電感要采用間繞方式，減少線間電容，電流選取同L1，C6為輻射噪聲抑制電容，選用時注意耐壓大于500V，容量大于1000pF。C7、C8為輸出濾波電容，C7選用鉭電容，輸出5V時選用耐壓10V的，輸出3.3V時選用耐壓6.3V的，容量均在220μF以上，C8建議選用高頻瓷片電容，容量在10～22μF之間，耐壓一般大于6.3V即可。

圖2及圖3中輸出電壓分別為3.3V和1.5V時電源紋波大小分別為48.8mV和41.2mV，可以看到電源輸入濾波保護電路效果明顯。

圖2 輸出電壓3.3V時的紋波

圖3 輸出電壓1.5V時的紋波