5G宏基站電源設(shè)計(jì)策略以及建議

對(duì)5G時(shí)代的電源設(shè)計(jì)工程師來(lái)說(shuō)，新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和新材料是必須要熟悉的，因?yàn)樘蓟?、氮化鎵等新材料器件出?lái)的時(shí)間并不長(zhǎng)，每個(gè)廠商推出的器件特性都是不一樣的，不像硅器件特性大家都比較熟悉。因此，程文濤建議電源設(shè)計(jì)工程師，盡早熟悉新材料器件、高頻化設(shè)計(jì)，開(kāi)拓設(shè)計(jì)思路，以適應(yīng)未來(lái)的電源設(shè)計(jì)工作。

對(duì)于宏基站，在一次電源和二次電源的優(yōu)化方面，英飛凌的程文濤給出了一些建議?！霸谝淮坞娫捶矫?，我們看到一個(gè)很明顯的趨勢(shì)是要求高效率和高功率密度?，F(xiàn)在電源的效率要達(dá)到97%，甚至98%的工作效率?！?

要達(dá)到這個(gè)效率目標(biāo)，程文濤認(rèn)為一是需要用到新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，他舉例說(shuō)，ACDC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將會(huì)從有橋PFC，逐漸過(guò)渡到無(wú)橋PFC，甚至圖騰柱拓?fù)浣Y(jié)構(gòu);二是必須采用新的材料，包括現(xiàn)在熱門(mén)的碳化硅MOSFET和氮化鎵MOSFET;三是高頻化，高頻化可以提高功率密度，減小尺寸;四是貼片封裝更受歡迎，SMD封裝成為了主流。

對(duì)于二次電源部分，新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并不多，更主要的是使用新材料和高頻化器件。

圖：5G時(shí)代的宏站整流器

5G小基站電源設(shè)計(jì)的建議

在小基站方面，程文濤認(rèn)為5G時(shí)代的小基站跟宏基站有很大的區(qū)別，跟4G時(shí)代的微基站和微微基站也略有不同，“現(xiàn)在小基站，有的人也叫分布式基站，在5G時(shí)代，射頻部分和天線部分，會(huì)越來(lái)越多地融合在一起，不像以前RU跟天線是分開(kāi)的，這種緊湊型的設(shè)計(jì)，對(duì)電源的要求是不同的。”

圖：小基站供電設(shè)備的主要特點(diǎn)

他認(rèn)為主要會(huì)有以下一些變化：

一是需要使用耐壓等級(jí)更高的器件。如果要做到更加緊湊，那么能夠接受的EMI的元件數(shù)量就要變少，因?yàn)镋MI元件一般都是很大。但是EMI元件對(duì)射頻部分又非常關(guān)鍵，它除了擔(dān)任電磁兼容部分的任務(wù)外，還需要負(fù)責(zé)輸入部分的抗浪涌和雷擊任務(wù)?！斑@就像一個(gè)蹺蹺板，如何平衡緊湊，與減少EMI器件后還能承受以前一樣，甚至更高的抗浪涌和雷擊壓力?！背涛臐舱劦搅爽F(xiàn)在的一些應(yīng)對(duì)措施，那就是使用耐壓等級(jí)更高的器件。

二是需要采用新封裝形式的器件。由于要做得更加緊湊，貼片器件會(huì)用得更多。而且由于小基站很多是部署在室外的，基本上不使用風(fēng)扇，因?yàn)轱L(fēng)扇的維護(hù)成本高，且折舊速度快，因此現(xiàn)在小基站基本都是無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)。那如何才能適應(yīng)室外的款溫度變化呢，這就需要依靠設(shè)備的外殼幫助散熱。程文濤指出，現(xiàn)在不少器件都采用了新的封裝來(lái)幫助散熱，比如頂層散熱，或者雙面散熱的封裝。

三是在二次電源里面，DCDC部分會(huì)有一些新的技術(shù)出來(lái)，“例如以前大部分的MOS管都是漏極貼在PCB上的，現(xiàn)在有很多的器件是把源極設(shè)計(jì)在下面。源極朝下，配合漏極朝下的器件，做同步整流Buck的時(shí)候，在EMI、效率、PCB layout等方面都有非常大的優(yōu)勢(shì)?！背涛臐硎?。

總的來(lái)說(shuō)，在5G時(shí)代，如何降低功耗是整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈都需要思考的問(wèn)題。高效率、高功率密度、以及高頻化將會(huì)是接下來(lái)業(yè)界持續(xù)關(guān)注的話題。在程文濤看來(lái)，在效率方面，對(duì)通信電源來(lái)說(shuō)，當(dāng)電源效率提升到一定程度之后，提高效率的任務(wù)就會(huì)落在射頻端，射頻端的效率提升一點(diǎn)點(diǎn)的好處將會(huì)大于電源部分效率的提升;高功率密度可以讓設(shè)備的尺寸變得更小，會(huì)是業(yè)界持續(xù)關(guān)注的重點(diǎn);高頻化則需要依賴新材料來(lái)實(shí)現(xiàn)，包括碳化硅、氮化鎵、磁性新材料等，因?yàn)橹挥兄鲃?dòng)器件和被動(dòng)器件同時(shí)高頻化，才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高頻化。