通信設(shè)備幾種常見(jiàn)內(nèi)置電源解決方案 - 全文

　　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?？欤饕w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(duì)它們的供電電源有開(kāi)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(zhǎng)的單板功能密度要求，等等。隨著單板負(fù)載對(duì)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(guò)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(lái)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(guó)內(nèi)開(kāi)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(chǎng)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(kāi)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?cè)O(shè)計(jì)最優(yōu)的電源解決方案對(duì)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(píng)述。

　　1)。集中式供電的電源解決方案

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　　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(kāi)發(fā)時(shí)間長(zhǎng)，開(kāi)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(duì)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(wú)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(jiàn)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。

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　　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)

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　　這種結(jié)構(gòu)是一種兩級(jí)結(jié)構(gòu)，第一級(jí)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(jí)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(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以用

　　各種標(biāo)準(zhǔn)的DC/DC模塊來(lái)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

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　　這種結(jié)構(gòu)的第一級(jí)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(jí)DC/DC來(lái)實(shí)現(xiàn)供電，前級(jí)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(shì)

　　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(guó)外電源的發(fā)展趨勢(shì)，作者預(yù)測(cè)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(kāi)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

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　　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(lái)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(lái)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(jiǎn)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(guó)外已開(kāi)始應(yīng)用。因目前的電源企業(yè)往往還不能開(kāi)發(fā)功率IC，所以他們?nèi)詴?huì)去開(kāi)發(fā)分離的三次DC/DC模塊，并可能會(huì)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(lái)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

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　　4。給電源企業(yè)的建議

　　電源生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)盡最大的努力去滿足通信設(shè)備客戶的新的供電要求。一種戰(zhàn)略是去開(kāi)發(fā)一種三次DC/DC標(biāo)準(zhǔn)電源模塊系列。但由于三次電源的快速暫態(tài)負(fù)載要求，使電源控制技術(shù)變成了一個(gè)瓶頸。故極大部分電源制造商在開(kāi)發(fā)這類新產(chǎn)品時(shí)必須借助IC制造商所開(kāi)發(fā)的功率控制IC，但I(xiàn)C制造商目前想直接將此功率IC和他們開(kāi)發(fā)的三次DC/DC變換器技術(shù)一起賣給通信設(shè)備制造商，以便獲得更多的利潤(rùn)。這里用三次DC/DC變換器的目的是為了與

　　電源制造商原本可做的三次DC/DC電源模塊的區(qū)別。它們之間有很多區(qū)別，總結(jié)如下：

　　1：三次DC/DC電源模塊是標(biāo)準(zhǔn)的，而三次DC/DC變換器是非標(biāo)準(zhǔn)的;

　　2：三次DC/DC電源模塊是獨(dú)立的，而三次DC/DC變換器是非獨(dú)立的;

　　3：對(duì)三次DC/DC電源模塊，用戶只有選擇的權(quán)利，如同選用二次DC/DC電源模塊一樣，是一種電源解決方案的設(shè)計(jì)，而對(duì)三次DC/DC變換器，用戶能進(jìn)行靈活的自行設(shè)計(jì)，易于優(yōu)化;

　　4：三次DC/DC電源模塊具有可替代性，而三次DC/DC變換器不具有可替代性;

　　5：三次DC/DC電源模塊的開(kāi)發(fā)是電源商的事，而三次DC/DC變換器的開(kāi)發(fā)則是用戶自己的事;

　　6：高級(jí)功能(如時(shí)序，多路集成控制器等)等要求對(duì)三次DC/DC變換器更有利;

　　7：三次DC/DC變換器的性能，散熱比三次DC/DC電源模塊更好，等等。

　　由于這些區(qū)別，使得電源制造商和IC制造商在新一輪單板電源的市場(chǎng)上將展開(kāi)激烈的競(jìng)爭(zhēng)。目前IC制造商已搶占了先機(jī)，但電源制造商也不會(huì)放棄這一領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)(如他們正在努力開(kāi)發(fā)1/8磚甚至1/16磚的新產(chǎn)品)。誰(shuí)將成為贏家，決定權(quán)在通信設(shè)備商。這也許會(huì)是一次分工的里程碑，此后的情況是電源制造商專注于生產(chǎn)除三次DC/DC電源以外的各類電源模塊，可以生產(chǎn)一次電源模塊(-48V輸出甚至400V輸出)，但更重要的是生產(chǎn)二次電源模塊(12V輸出)和工業(yè)電源模塊(即內(nèi)置單路輸出與多路輸出AC/DC電源模塊);而三次DC/DC變換器將由用戶在IC制造商的幫助下，自行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，就如同他們研制通信單板一樣，這方面的市場(chǎng)將完全為IC制造商占領(lǐng)。但電源制造商應(yīng)當(dāng)慶幸的是，此時(shí)的二次DC/DC模塊用量也將同步增長(zhǎng)，而且變得更好做了。不過(guò)也會(huì)有更多的竟?fàn)帉?duì)手來(lái)?yè)寠Z市場(chǎng)，其趨勢(shì)是電源制造商的分化進(jìn)而壟斷。

　　5。結(jié)論

　　本文介紹了通信設(shè)備中幾種常見(jiàn)的電源解決方案。根據(jù)單板負(fù)載的新需求和國(guó)外電源的發(fā)展趨勢(shì)，預(yù)測(cè)了今后的通信設(shè)備中可能采用的電源解決方案，并建議電源生產(chǎn)企業(yè)關(guān)注其趨勢(shì)，去做好迎接電源業(yè)即將到來(lái)的一場(chǎng)新機(jī)會(huì)。