提高電信設(shè)備電源管理使用高電壓時的靈活性和可靠性

隨著帶寬的不斷增加，有線和無線基礎(chǔ)電信系統(tǒng)中的放松管制和競爭推動了對于低成本設(shè)備解決方案的需求。電信設(shè)備電源管理要求中需要應(yīng)對的挑戰(zhàn)不斷增加，這就愈加要求設(shè)計人員能夠為各種數(shù)字信號處理器 (DSP)、現(xiàn)場可編程門陣列 (FPGA)、專用集成電路 (ASIC) 和微處理器提供更多的電壓軌。簡而言之，就是要求電源管理解決方案能夠在更小的空間內(nèi)，更高效地生成更多不同的電壓和更大的電流，并降低噪聲。另外，如果說這些要求還不夠具有挑戰(zhàn)性的話，那么這種解決方案還必須要實現(xiàn)低成本，這恐怕就頗具挑戰(zhàn)性了!

更加靠近用戶地部署接入設(shè)備要求更小的附件(襯墊和安裝孔)，其必須能夠經(jīng)受得住較為惡劣的環(huán)境考驗。由于局端的空間非常小，因此基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備將被設(shè)計為更加小型化。推動電源管理產(chǎn)品發(fā)展的因素是外形尺寸、散熱管理、成本，以及電氣性能(穩(wěn)壓、瞬態(tài)響應(yīng)以及噪聲產(chǎn)生)。本文將讓您對板上電源系統(tǒng)的發(fā)展以及最新一代解決方案如何以更小的封裝實現(xiàn)更高的性能和更低的成本等方面有一個基本的了解。

一些電信OEM廠商堅持使用傳統(tǒng)的36V～75V的寬輸入電壓規(guī)范，輸入瞬態(tài)電壓為100V。為了滿足這些要求，電源行業(yè)推出了半穩(wěn)壓IBA(請參見圖4)。該半穩(wěn)壓IBA和非穩(wěn)壓式IBA之間的主要區(qū)別是，如果輸入電壓超過了55V～60V的范圍，那么該半穩(wěn)壓IBA就將輸出電壓穩(wěn)壓至10V左右。這種方法的缺點是，隔離式電源模塊必須增加尺寸來容納穩(wěn)壓電路，同時當(dāng)輸入電壓超過55V時其效率會降低。

電信系統(tǒng)通常具有 48V 的標(biāo)稱輸入電源，可承受高達(dá) 100V 的瞬態(tài)電壓。當(dāng)今市場上的大多數(shù)電源轉(zhuǎn)換器都不能承受 60V 以上的瞬態(tài)電壓。因此，設(shè)計人員必須實施昂貴的鉗位電路，以將瞬變降低到可用電壓。這種以瞬態(tài)電壓抑制二極管或晶體管形式出現(xiàn)的附加電路既增加了成本，也增加了寶貴的 PCB 面積。

全新的 LM5017 100V 同步降壓簡化了此類高壓設(shè)計，同時減少了 PCB 占位面積和組件數(shù)量。LM5017 具有 9V-100V 的寬工作輸入電壓范圍，無需鉗位電路。它是業(yè)界首款集成高側(cè)和低側(cè) FET 的 100V 轉(zhuǎn)換器，全部采用緊湊型 4mm x 4mm LLP-8 封裝。同步整流提供更高的效率和無與倫比的易用性，因為不需要外部 FET 或續(xù)流二極管。圖 1 顯示了將 LM5017 作為 100V 同步降壓穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用圖。

圖 1：作為高壓同步降壓穩(wěn)壓器的 LM5017。

使用 LM5017 進(jìn)一步簡化設(shè)計的是該設(shè)備的恒定導(dǎo)通時間 (COT) 控制拓?fù)?。由于沒有誤差放大器或補(bǔ)償來限制帶寬，COT 器件具有對線路和負(fù)載瞬變的閃電般快速響應(yīng)。而且由于不需要環(huán)路補(bǔ)償，設(shè)計所需的外部組件更少，從而減少了物料清單、組件數(shù)量和整體解決方案成本。

圖 2. 簡化的次級側(cè)控制應(yīng)用圖。

需要隔離的電信系統(tǒng)面臨著一系列類似的挑戰(zhàn)。隨著直接向負(fù)載供電的次級側(cè)數(shù)字控制器的日益普及，對能夠承受 100V 瞬變的偏置電源的需求也越來越大。這種類型的系統(tǒng)如圖 2 所示。當(dāng)今市場上支持 100V 的反激式解決方案需要大量的外部元件和比應(yīng)有的更多的 PCB 空間。圖 3 顯示了一個示例。

圖 3：用于隔離式次級側(cè)偏置電源的競爭性反激式解決方案。

FET 集成與連續(xù)傳導(dǎo)模式操作一起，提供了將 LM5017 用作帶變壓器或耦合電感器的隔離電源的靈活性。此外，高達(dá) 1MHz 的可調(diào)開關(guān)頻率允許最大限度地減小磁性元件的尺寸。結(jié)果是業(yè)界最小的初級側(cè)和次級側(cè)偏置 100V 解決方案，所需的 PCB 占位面積比領(lǐng)先競爭對手小 50%。圖 4 顯示了將 LM5017 作為隔離式偏置電源的應(yīng)用圖，與競爭產(chǎn)品相比，它需要的外部組件更少。

圖 4：基于 LM5017 的隔離偏置電源解決方案，僅需要 13 個組件。

當(dāng)然，LM5017 的優(yōu)勢不僅限于電信市場。寬電壓范圍和易用性使其非常適合眾多工業(yè)應(yīng)用以及汽車電池管理、智能電網(wǎng)、太陽能等。LM5017 支持 WEBENCH®，使高壓負(fù)載點設(shè)計比以往任何時候都更容易。