通信系統電源設計的挑戰、趨勢與應用實例

更好的散熱管理。對于板上電源而言，整個系統電路板就起到了一種散熱器的作用，因此熱點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)，從而提高了系統的長期可靠性。

更低的成本。由于板上電源可以根據實際功率需求進行優化，因此這種方案的成本比大功率標準電源模塊更低，它還節省了大電流連接器的費用，另外更加理想的瞬態調節進一步減少了輸出去耦電容的數量。板上電源的大多數器件還可用于其它系統功能模塊中，這些器件潛在的批量價格優勢也會進一步降低成本。

◆ 多相技術成為大電流電源設計標準

傳統的單相方案通過將多個MOSFET并聯再用一個龐大的電感器來傳輸所需大電流，這種方**在MOSFET上導致較大開關損耗，且在電感器和MOSFET焊盤上引起電流堆積，影響PCB的可靠性。由于效率與開關頻率都很低，必須使用大輸出電感器，使瞬態響應變緩。多相拓撲結構基于現有電源器件技術之上，相比單相結構要優越很多，尤其當供電電流超過20A時。

多相技術對多個并聯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供電總線的應用特別有吸引力。

由于在瞬態場合輸出電感并聯以后效果更好，因而可得到更快的負載瞬態響應，另外較小等效電感提高了輸出電流轉換率。

更低開關損耗和均勻電流傳輸使電源效率更高，這進一步緩解了散熱問題，并提高系統的整體可靠性。

◆ 隔離設計中需要同步整流和次級控制

在通信系統中，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構實現電氣隔離。這些電源里次級整流器的傳導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用中應采用外部驅動技術。

傳統的隔離電源設計采用初級控制，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)，且這種方式的負載瞬態響應也很慢。一種替代方案是次級PWM控制或調節后控制，在250kHz開關頻率下可以達到50kHz環路帶寬，在低電壓大電流電源設計的隔離中，該方案開始得到更多設計工程師的關注。低電壓大電流電源設計實例

大部分電信設備從中央局端的-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進行轉換，此時通常需要用次級PWM控制以實現理想的輸出調節。以下是兩個設計實例，第一個是將中間電壓轉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，這種設計采用了Linear

Technology公司的LTC3729UH兩相同步降壓控制器。LTC3729驅動相位差為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的兩端之間精確分配電流，并通過片上差分放大器實現對正負輸出電壓線路的遠程檢測。不是所有的多相控制器都能對負極輸出端進行遠程監測。

對于需要超過40A的應用，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現自動電流分配。圖2是使用六個LTC3729控制器實現十二相電路的示意圖。

◆實例二：帶后調節的高效-48V(-36V到-75V)輸入雙輸出(3.3V和2.5V)隔離電源

傳統上多路輸出隔離電源靠輸出電感器耦合實現輔助輸出調節，但輔助輸出的負載調節效果很差，而且耦合大電流電感器制造很困難，成本較高。本設計采用一個基于LT3710的后調節器，LT3710驅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。該設計方案在兩個輸出級都采用了同步整流器：LTC1698在3.3V輸出端驅動同步整流器，并將3.3V電壓反饋給初級;LT3710在2.5V端驅動MOSFET，并在次級直接調節2.5V輸出電壓。這個方案能在兩個輸出端都實現較高的效率，并在2.5V輸出端得到快速負載瞬態響應。同步整流對于2.5V輸出端尤其重要，因為下面的MO