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针对电信和网络应用的安森美半导体DC-DC电源参考设计示例

作者:安森美半导体时间:2009-03-09来源:电子产品世界收藏

  近年来,随着电信技术的发展及数据业务的迅速扩大,数据通信设备和电信网络设备不断走向融合,这就需要可靠的电源系统来为这些应用供电。传统的电源架构是集中式电源架构,即单个电源从交流输入线路向所有需要的输出提供功率转换,这种架构的成本最低,但可靠性和灵活性差。而数据通信中的数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、中央处理器(CPU)等器件需要低电压供电从而获得更大电流,这就要求电源供应尽可能地接近负载,所以如今大多数应用中采用的是架构。相应的,系统(DPS)对系统中不同设备、不同电路板、甚至是同一电路板上的不同电路采用不同的电源供电,从而提供更高的可靠性、灵活性及散热性能。

图1:半导体针对电信和网络应用提供的解决方案。
              
  对于分布式电源系统而言,常见的是-48 V分布式电源系统。通常情况下,交流-直流(AC-DC)转换器将交流输入电源转换为-48 V直流电源,同时给备用电池(蓄电池)供电。通过将-48 V电源的正极接地(即正极电平为0 V),就可以提供+48 V的输入电压,再通过直流-直流(DC-DC)隔离电源转换和非隔离电源转换为相应负载提供所需的电压电平。所谓隔离电源转换,即输入和输出之间采用高频变压器进行电气隔离;而非隔离电源转换的主电路中则没有高频变压器。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/92224.htm

  作为全球领先的高性能、高能效电源解决方案供应商,半导体针对电信和网络系统中的分布式电源应用提供一系列的DC-DC解决方案(如图1所示)。本文将针对隔离和非隔离电源转换应用共选择3种应用作为示例,分析它们适合采用的电源拓扑结构及关键元件,特别是半导体提供的DC-DC解决方案如何能够满足这些要求,为客户提供高能效的参考设计,帮助他们加快产品上市进程。

1) 隔离电源转换:基于CS51021的隔离型5 A输出网络电源参考设计
  为目标应用选择合适的电源拓扑结构和关键元件非常重要。一般而言,有几项关键考虑因素,如输入电压范围(及精度)、输出电压和电流、能效目标、隔离要求和保护性能等。相应的,这网络电源参考设计相应的目标规范为:输入电压+48 V(精度±20%),输出为5 V@5 A,提供限流、欠压和过压保护,目标能效高于85%,有隔离要求,且必须使用陶瓷电容。

  从上述目标规范来看,我们可以看出其输出功率要求相对较低,仅为25 W。而在15 W到100 W功率的通信应用中,通常使用低成本的单端正激或反激转换器。具体在本参考设计中,我们选择正激转换器,因为这种拓扑结构提供较高能效,可以采用小尺寸输出滤波器,提供低纹波输出,适合高密度板设计,且输出和输出之间隔离。相应地,可以采用安森美半导体的CS51021。

  CS51021是安森美半导体推出的一款固定频率电流模式脉宽调制(PWM)控制器,提供构建交流-直流(AC-DC)和DC-DC初级端控制电路所需的全部特性。这器件能够配置为正激或反激拓扑结构,提供高达1 MHz的开关频率,可用于优化转换器尺寸及其能效;具有1 A的漏/源极门驱动能力,适合高能效操作;具有可编程斜坡补偿功能,提高了稳定性。其它特性包括可编程逐脉冲过流保护、带有前沿消隐的电流模式控制、具有可编程迟滞的过压保护、双向同步等。

图2:基于CS51021构建的网络交换机电源参考设计的主要规范。

  图2显示的是基于安森美半导体CS51021控制器构建的网络交换机电源的主要规范及演示电路板图片。考虑到相关设备也可能会采用备用电池进行工作,这参考设计提供的输入电压范围比48 V±20%更宽,达到36 V至72 V。在能效方面,测试数据显示,5.0 A输出电流时的能效也高于85%,符合设计目标要求。


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