精心設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)高可靠性來保護(hù)5G宏基站

任何通信系統(tǒng)都十分重視可靠性，獲得高可靠性的首要條件，就是需要 5G 宏基站能夠抵御電力線浪涌和電氣干擾，例如雷電引起的瞬變和其它瞬變和過載，以及閃電和靜電放電(ESD) 沖擊等環(huán)境電氣危害。電源線以外的三大基站系統(tǒng)，即電源、備用電池系統(tǒng)和基帶單元，就是需要保護(hù)的重點(diǎn)。

保護(hù)電源系統(tǒng)

電源和備用電池系統(tǒng)提供交流線路電源和直流電池備用電源，以確保在禁用交流線路電源時(shí)基站保持供電。下圖顯示了電源和備用電池系統(tǒng)的電路塊。

電源和備用電池系統(tǒng)框圖

保護(hù)輸入保護(hù)、整流器和濾波電路

在宏基站應(yīng)用中，輸入保護(hù)、整流器和濾波器將交流輸入轉(zhuǎn)換為直流。由于與交流線路連接，因此需要一整套過電流和過電壓瞬態(tài)保護(hù)。

快速熔斷器可以防止損壞電源中的功率半導(dǎo)體，提供電流過載和短路保護(hù)。其它電源電路可以在輸入線路上加入一個(gè) MOV 和氣體放電管，以吸收和保護(hù)電路免受交流線路感應(yīng)電壓瞬變的影響。還建議在電路中使用 TVS 二極管，以提高對瞬態(tài)浪涌的抗擾度并提高長期可靠性。最后，在電路中添加一個(gè)磁傳感器以確保電子柜門打開時(shí)斷開電源。

高頻轉(zhuǎn)換器和鉗位電路

高頻轉(zhuǎn)換器和鉗位器將整流后的交流線電壓轉(zhuǎn)換為 kHz 頻率范圍內(nèi)的脈沖波形。TVS 二極管可用于吸收任何設(shè)法通過輸入電路的瞬變并保護(hù)下游電路。可以使用具有低Rds (on) 和高 dv/dt 的 MOSFET 來降低通態(tài)功耗和開關(guān)功率損耗，以提高開關(guān)電源的效率。

輸出整流濾波電路

輸出整流和濾波器將脈沖電壓轉(zhuǎn)換回直流電壓。一種解決方案是使用具有超低正向電壓的肖特基二極管整流器來減少電路中的損耗。肖特基二極管的正向壓降低，有助于提高電源效率。

輸出直流保護(hù)電路

在輸出直流保護(hù)電路中使用快速熔斷器可以保護(hù)電源免受負(fù)載中的任何過載故障，包括 AAS 和基帶單元。

備用電池

在電池電路上使用快速熔斷器以提供過載保護(hù)。監(jiān)測電池溫升對于確保電池的安全性是必要的。可以使用放置在電池組模塊上的表面貼裝熱敏電阻。這種方法還可以幫助保護(hù)電池組模塊免于過度充電。微型斷路器為電池組提供過熱和過流保護(hù)，并提供輔助保護(hù)組件，幫助防止電池組進(jìn)入過充電狀態(tài)或過放電狀態(tài)，可以作為備用電池電路中電池管理 IC 備用的組件。

總體而言，備用電池電路中的電池管理系統(tǒng) (BMS) 具有連接到每個(gè)電池組的單個(gè)電池的電壓檢測線。這些感應(yīng)線容易受到 ESD 和其它電壓瞬變的影響。建議使用由一個(gè)封裝組成的 TVS 二極管陣列，其中兩個(gè) TVS 二極管在檢測線上以陽極到陽極的方式連接，以實(shí)現(xiàn)雙極瞬態(tài)保護(hù)。

保護(hù)基帶單元

基帶單元有自己的電源，處理來自呼叫和數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，對傳輸進(jìn)行編碼或?qū)邮盏降?a target="_blank">信號進(jìn)行解碼，并在有線基礎(chǔ)設(shè)施和 AAS 之間鏈接數(shù)據(jù)。

基帶單元框圖

基帶單元的電源輸入

可以使用熔斷器在電源輸入電路的輸入端進(jìn)行過電流保護(hù)。對于直流電路還可以考慮使用快速熔斷器。金屬氧化物壓敏電阻 (MOV) 和氣體放電管串聯(lián)組合有助于保護(hù)電源輸入電路的前端免受通過主交流電源和備用電池電路的瞬態(tài)的影響。由于電源輸入為所有其它電路供電，因此可以考慮在電源輸入電路的后端使用瞬態(tài)電壓抑制 (TVS)二極管（如下圖所示）來保護(hù)這些電路免受瞬態(tài)和 ESD 的影響。

HDMI電路

HDMI接口數(shù)據(jù)線應(yīng)該有ESD保護(hù)。

下圖的4 線 TVS 二極管陣列可吸收高達(dá) 20 kV 的 ESD 沖擊。

用于 I/O 線路保護(hù)的 4 線 TVS 二極管陣列

低于 50 nA的低泄漏電流和低于 0.5 pF 的電容的組件，可減少對高速 HDMI 傳輸?shù)母蓴_，這是非常重要的。與基帶單元中的其它電路一樣，TVS 二極管將提供高達(dá) 30 kV 的單向或雙向 ESD 保護(hù)。

設(shè)計(jì)基站以實(shí)現(xiàn)最長正常運(yùn)行時(shí)間

設(shè)計(jì)人員可以使用范圍廣泛的安全組件和多個(gè)版本的組件，通過與組件制造商的應(yīng)用工程師合作來指定所需的保護(hù)、控制和傳感組件，從而節(jié)省開發(fā)時(shí)間。此外，應(yīng)用工程師可以協(xié)助指導(dǎo)滿足基站的國家和國際標(biāo)準(zhǔn)。一些制造商還提供預(yù)符合性測試，以幫助設(shè)計(jì)人員符合標(biāo)準(zhǔn)。

通信基礎(chǔ)設(shè)施必須具有極高的可靠性，才能使正常運(yùn)行時(shí)間超過 99.9%。以上推薦的組件技術(shù)可以保護(hù)電路免受五種電氣危險(xiǎn)源的影響，幫助提供無線通信基礎(chǔ)設(shè)施所需的高可靠性。

審核編輯 ：李倩