通信系統(tǒng)的供電架構(gòu)分析

現(xiàn)代電信系統(tǒng)需要更寬的帶寬、更快的數(shù)據(jù)率、更嚴(yán)密的保密措施、更新性能、更多的用戶和用戶特性的廣泛性，這促使為現(xiàn)代電信系統(tǒng)提供dc電壓和電流的電源設(shè)計(jì)，正在從傳統(tǒng)形式轉(zhuǎn)變到新的技術(shù)形態(tài)，基于dc-dc變換器的新一代電源系統(tǒng)必須工作在寬輸入電壓范圍，有時(shí)達(dá)到30~100V。同時(shí)，電源系統(tǒng)為高性能通信系統(tǒng)的ASIC、DSP和用深亞微米CMO工藝設(shè)計(jì)的微處理器提供若干低電平dc電壓。

　　在通信和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器應(yīng) 用中，這意味著不僅僅變換48V輸入電壓為傳統(tǒng)的5V和3.3V，而且變換為新的更低的電壓(范圍從低于1V到2.5V，負(fù)載電流10~35A)。另外， 電源系統(tǒng)必須保持嚴(yán)格的容限并產(chǎn)生最小的噪聲來保持信號的完整性。這些增加的要求發(fā)生空間受限制和熱管理是主要考慮的環(huán)境中。

　　為了滿足這些要求，電源系統(tǒng)架構(gòu)正在從早期的集中提供較低電壓和電流變換到目前的分布方法。代替單電源產(chǎn)生所有必須的電壓電平，現(xiàn)在電源沿著第2和第3總線分布到dc-dc變換器，降壓到適合各個(gè)電路或子系統(tǒng)的電壓電平。

　　在每個(gè)電平，設(shè)計(jì)人員可以設(shè)計(jì)或購買dc-dc變換器，這種變換器為若干IC、ASIC、溫合信號器件或完整的印刷電路板提供必須的電壓和電流。每 種dc-dc變換器具有特殊的拓?fù)?，拓?fù)淙Q于它供電的電路和所工作系統(tǒng)的很多因素，如效率、噪聲電平、物理因數(shù)(高度、重量、大小)，所需的輸出電壓數(shù) 量、功耗和散熱。本文將討論專門的折衷考慮和滿足不同系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)目標(biāo)的最好拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

　　分布電源

　　在分布電源架構(gòu)(圖1)中，前端電源變換ac電源為dc并通過第一級總線分配 dc電壓(電信系統(tǒng)中通常為-48V)到dc-dc中間總線變換器(IBC)。IBC的目的首先是提供隔離以及降低ac-dc前端分布的電壓到較低的電壓 電平。這應(yīng)該發(fā)生在通過第2級分布總線送它到最后非隔離dc-dc(降壓)變換器前。負(fù)載點(diǎn)(POL)變換器為系統(tǒng)提供所需的電壓和電流。

　　圖2示出dc-dc隔離電流模塊和POL負(fù)載點(diǎn)變換器如何配置成典型的分布電源系統(tǒng)，提供多輸出電壓和電流。來自前端ac-dc電源的DC電壓(- 36~-72V)饋入一個(gè)隔離的電源模塊，此模塊代表一個(gè)總線變換器。模塊完全是隔離ac-dc變換器，有不同的形式(全磚、半磚、1/4磚)，具有標(biāo)準(zhǔn) 的占位面積，引腳輸出和散熱能力。POL變換器可以是開關(guān)穩(wěn)壓器(降壓或升壓穩(wěn)壓器)和線性穩(wěn)壓器的組合或僅是線性穩(wěn)壓器，這取決于所供電的電路要求。靈敏電路需要低噪聲線性穩(wěn)壓器，而高效率開關(guān)穩(wěn)壓器是必須有最小功耗的電源系統(tǒng)的選擇。

　　-48V電信分布電源系統(tǒng)

　　圖3示出電信應(yīng)用的-48V分布電源系統(tǒng)框圖，該圖說明了電源從輸入ac線到低電壓dc-dc POL變換器的過程，電池(48V) 為電源失效時(shí)備份ac-dc變換器。-48V熱交換控制器(IC)在帶電插撥電路板時(shí)，為電源連接提供智能控制，這包括侵入電流控制，短路保護(hù)和保護(hù)電源 系統(tǒng)的其他保護(hù)功能。第一個(gè)dc-dc變換級是一個(gè)隔離變換器，這意味著輸入dc電源地與輸出ac電源地是隔離的，通常采用變換器隔離，隔離是限定的，防 止在失效條件下所呈現(xiàn)危險(xiǎn)電壓電平危害人。然而，隔離電路使變換器比較貴并對效率有影響。為系統(tǒng)單元電路提供電源的POL變換器不需要隔離，因?yàn)樗鼈冇蔀?其提供dc輸入電源的隔離電源模塊保護(hù)。

　　混合電源系統(tǒng)

　　可以用集中和分布單元的組合設(shè)計(jì)電源系統(tǒng)，如圖4所示的混合電源系統(tǒng)。集中電源產(chǎn)生5.0V和3.3V邏輯電源(其輸入為ac線)以及分布到電壓穩(wěn) 壓器模塊(VRM)的12V dc電平。用VRM為高性能處理器提供很大電流、低電壓芯核和I/O電壓。VRM電源變換器放置在母板靠近處理器的 “負(fù)載點(diǎn)”處，這可減少電路板跡線電壓降，在不同的情況下，跡線電壓降對于有效的變換器工作是不能接受的。