通信系统中二次电源电路的滤波与缓启原理

本文主要论述了二次电源系统中－48V电路经DC/DC变换3.3V模块中的滤波、保护电路，以及在采用电源热备份集中供电系统中，拔插采用3.3V电源的单板时抑止浪涌电流的电源缓启电路。

引言

现代集成电路工艺已进入亚微米阶段，数字信号的上升/下降时间普遍为亚纳秒量级，这使高速数字系统的设计面临巨大挑战。晶体管尺寸越来越小，使得其工作电压越来越低，同时时钟频率不断上升，微处理器(CPU)和各种专用芯片（ASIC）集成的功能越来越多，其消耗的功率也越来越大，这对电源系统的稳定性和可靠性提出了更高的要求。

在通信系统设备中，电源的设计通常分一次电源和二次电源两部分，一次电源系统的输入是50Hz交流电，电压根据国家不同分220V和110V两种，输出通常为－48V。二次电源通常指从－48V或－24V转换成5V、3.3V等低电压以及从低压到低压的转换电源。

在采用集中供电的二次电源系统中，板卡插入主机时，主机已经处于稳定的工作状态，所有容性负载均已充电。待插的板卡是不带电的，板卡上的容性负载没有充电。在热插入过程中，待插板卡上的电容瞬间充电。充电过程将在插入的瞬间从系统电源吸纳大量的电流，导致系统电压瞬间跌落，影响其它板卡的正常运行。在电源线接触的瞬间，系统电源的输出电阻和待插板卡的电容组成RC充电通道，由于电源的输出电阻很小，浪涌电流非常大。在拔出板卡的过程中，板卡上的旁路电容放电，和背板之间形成一个低阻通道，也会产生瞬间大电流。浪涌电流携带大量的能量，会毁坏接口器件、连接器和金属连线。为了防止上述情况发生，所以要对电源系统进行必要的保护性设计。

1 二次电源的滤波保护

对于采用－48V输入电压供电的系统中，各单板的输入电路的滤波和保护电路的设计一般要遵循的原则是：满足相关的可靠性和电磁兼容技术标准的要求，相应的标准可以参考公司的技术标准和国际通行的标准。通常应用如图1所示的电路。

图1 典型－48V电源输入滤波保护电路

输入保护电路一般分防雷击保护和输入电压反接保护，D1为单极性瞬态抑制二极管，插件封装的推荐型号为1.5KE68A，D2为输入电压防反接二极管，插件封装的推荐型号为SB560，D2也可以用保险丝替代，在单板总功率大于50W时，考虑D2的功率耗散建议使用保险丝。

滤波电路由一级π形滤波器和一级共模滤波器组成，C2、C3为铝电解电容，电压大于100V，建议使用105℃工作范围的，容量在47～470μF，C1、C4为高频滤波电容，推荐使用X7R材质的瓷片电容，或聚酯薄膜电容，容量0.47～1.5μF，耐压大于63V。L1选用电感量在100～300μH之间，工作电流根据单板总功率确定，考虑电感的饱和因素，最好按50％降额。L2选取电感量在100～300μH之间，注意这个电感要采用间绕方式，减少线间电容，电流选取同L1，C6为辐射噪声抑制电容，选用时注意耐压大于500V，容量大于1000pF。C7、C8为输出滤波电容，C7选用钽电容，输出5V时选用耐压10V的，输出3.3V时选用耐压6.3V的，容量均在220μF以上，C8建议选用高频瓷片电容，容量在10～22μF之间，耐压一般大于6.3V即可。

图2及图3中输出电压分别为3.3V和1.5V时电源纹波大小分别为48.8mV和41.2mV，可以看到电源输入滤波保护电路效果明显。

图2 输出电压3.3V时的纹波

图3 输出电压1.5V时的纹波