應用于通信系統(tǒng)的分布式電源設計要求
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在高端電信和網(wǎng)絡設備中，分布式電源已成為主流應用方式。通常背板母線電壓為24V或者48V，每塊插板用一個或多個DC/DC電源模塊將母線電壓轉換為板內系統(tǒng)所需電壓，同時采用非隔離型負載點轉換器得到高功率低電壓電源。采用分布式電源供電時，最關鍵的問題是對每塊線路板所采用的DC/DC電源模塊的考慮。一般要求具有低內阻、低紋波、高效率、軟啟動、防浪涌、防開關機過沖、支持熱插拔、提供冗余備份、寬的溫度范圍等，更嚴格的還會要求上/下電順序控制、在線數(shù)據(jù)監(jiān)測等等。
3.1 低內阻、低紋波的要求
系統(tǒng)電路中使用元件的運行速度越來越高，對供電方式也提出了更高要求。例如高速微處理器，當由休眠狀態(tài)轉入正常工作狀態(tài)時，其負載電流的變化速度可高達1000A/μs，這樣高速的電流變化要求DC/DC電源要放置于最接近元件的位置上，縮短電源到負載的距離，以減小配電線路的寄生電感在負載電流高速變化時所導致的電壓波動，這就要求選擇低內阻的DC/DC電源模塊和設計低阻抗的供電線路。有時甚至很難選擇到擁有如此優(yōu)良動態(tài)特性的電源模塊，而需要在負載點周圍采用多相驅動的方式，由數(shù)個相互關聯(lián)的電源一起承擔起芯片所需的電流。另外由于芯片供電電壓的降低，要求開關電源模塊的紋波噪聲相應的下降，這對高頻開關電源來說也是一大難題。相對而言，低紋波的電源模塊還是有相當廠商能提供，例如VICOR、TYCO ELECTRONICS等知名模塊電源廠商均有種類繁多的品種。
3.2 高效率的要求
隨著集成電路工藝的發(fā)展，MOSEFET的工作頻率越來越高，通態(tài)電阻越來越小，而軟開關控制技術的發(fā)展，同步整流技術的應用使得開關電源的損耗越來越少，效率越來越高。高效意味著電源產(chǎn)生的熱量少，可靠性更高。目前國外最新型模塊電源的效率已經(jīng)達到90%以上甚至更高，設計者應該優(yōu)先選擇高效率的模塊電源。
3.3 軟啟動、防浪涌、防開關機過沖、支持熱插拔
這幾種要求對于現(xiàn)代通信系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠地工作非常重要，但往往容易被忽視。芯片的供電電壓越低，它所能承受的電壓范圍也越窄，一旦電源在開關機過程中產(chǎn)生過沖電壓，便極易被燒毀。電源的軟啟動和防浪涌、防開關機過沖是緊密聯(lián)系之一起的，具備了軟啟動功能，便能減少開機的沖擊電流，容易實現(xiàn)防輸出過沖，但是在外圍的輸入輸出電路中仍然要加上TVS管來吸收浪涌電壓。支持熱插拔是通信系統(tǒng)易維護性的要求。這一要求的關鍵在于開關電源的熱插拔，目前有不少專用于熱插拔監(jiān)控的集成芯片，只需要添加少量的外圍電路便可使得電路板具備熱插拔的功能。比如通過電路板的助拔器的運動帶動傳感器檢測出電路板下一步的動作，提前關閉或延遲啟動電源模塊，使得電路板實際上處于斷電狀態(tài)下進行插拔。
3.4 提供冗余備份
這種要求純屬為提高系統(tǒng)可靠性而采取的冗余設計，許多電源的設計者不太重視冗余備份。這種冗余備份可以通過系統(tǒng)設計時電路板的備份來實現(xiàn)，從電路板的整體MTBF來看，單純的在單塊電路板上設計冗余電源的意義不大。
3.5 寬的溫度范圍
由于通信系統(tǒng)在戶外應用的情況增多，因此要求電源的溫度范圍要寬，以應付在戶外應用時由嚴寒至酷熱的不同環(huán)境溫度。一般的DC/DC電源模塊的工作溫度范圍只是在0℃～+70℃，而戶外應用的工作環(huán)境溫度要求-40℃～+ 85℃，因此這類電源不適合在沒有空調設備的戶外應用。設計者應根據(jù)通信系統(tǒng)應用環(huán)境的溫度變化范圍選擇適合的電源模塊。
3.6 上/下電順序控制
隨著現(xiàn)代通信系統(tǒng)的復雜程度增加，各類數(shù)字集成電路被應用到一塊電路板上，為了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，協(xié)調控制不同供電電壓集成芯片的啟動與關斷，電路板往往要設計有上/下電順序控制。TI公司就有針對這一領域的應用而開發(fā)出專門用于線路板上電順序控制的芯片，同時提供了具有Auto-Track排序功能的PTH系列負載點（POL）插入式電源模塊，可以讓設計者非常容易地實現(xiàn)多模塊電源的上電或斷電順序控制。
3.7 在線數(shù)據(jù)監(jiān)測
為提高通信系統(tǒng)整體運行的穩(wěn)定性和可靠性，往往要求對所有運行中的電路板實行在線數(shù)據(jù)監(jiān)控，通過I2C總線或RS-485串行通信線匯集到監(jiān)控模塊中去，電源的電壓值必須在受監(jiān)測的范圍內。
3.8 整機系統(tǒng)的散熱
在整個通信系統(tǒng)功率較大的情況下，必須要考慮強迫風冷，一般采用轉速達到要求的風扇，形成從下至上的空氣流，將電路板散發(fā)出來的熱量帶走。系統(tǒng)機柜結構應考慮合理的風道，使得這個機柜的熱量均勻散發(fā)，避免熱量集中的地區(qū)空氣滯留。另一個容易忽視的方面是對風扇要考慮監(jiān)測故障告警信號和轉速動態(tài)調整。
4 結束語
針對應用于通信設備的分布式電源，本文從應用的角度提出了設計上要注意的幾個方面，希望能對從事通信設備供電設計的工程師們起到一點借鑒作用。
參考文獻
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