通信系统电源设计的挑战、趋势与应用实例

更好的散热管理。对于板上电源而言，整个系统电路板就起到了一种散热器的作用，因此热点位置的温度要比电源模块上的低得多(电源模块上用于散热的PCB面积非常有限)，从而提高了系统的长期可靠性。

更低的成本。由于板上电源可以根据实际功率需求进行优化，因此这种方案的成本比大功率标准电源模块更低，它还节省了大电流连接器的费用，另外更加理想的瞬态调节进一步减少了输出去耦电容的数量。板上电源的大多数器件还可用于其它系统功能模块中，这些器件潜在的批量价格优势也会进一步降低成本。

◆ 多相技术成为大电流电源设计标准

传统的单相方案通过将多个MOSFET并联再用一个庞大的电感器来传输所需大电流，这种方**在MOSFET上导致较大开关损耗，且在电感器和MOSFET焊盘上引起电流堆积，影响PCB的可靠性。由于效率与开关频率都很低，必须使用大输出电感器，使瞬态响应变缓。多相拓扑结构基于现有电源器件技术之上，相比单相结构要优越很多，尤其当供电电流超过20A时。

多相技术对多个并联电源的相位采取交错使用方式，可在电源输入输出端消除纹波电流，进而大大提高性能并降低成本：

纹波电流消除后可减小输入电容、输出电感和输出电容的尺寸和成本。输入纹波电流消除后降低了输入噪声，这对使用3.3V供电总线的应用特别有吸引力。

由于在瞬态场合输出电感并联以后效果更好，因而可得到更快的负载瞬态响应，另外较小等效电感提高了输出电流转换率。

更低开关损耗和均匀电流传输使电源效率更高，这进一步缓解了散热问题，并提高系统的整体可靠性。

◆ 隔离设计中需要同步整流和次级控制

在通信系统中，有些低电压大电流电源的输入从-48V背板而来，必须采用变压器耦合结构实现电气隔离。这些电源里次级整流器的传导损耗是功率损耗的主要原因，使用同步整流可以大幅降低这类功耗。由于自驱动同步整流在某些工作条件下不太可靠，因此在可靠性非常重要的通信应用中应采用外部驱动技术。

传统的隔离电源设计采用初级控制，输出反馈误差电压通过光耦合器传送给初级控制器，这使回路的带宽变得很窄(约为几kHz)，且这种方式的负载瞬态响应也很慢。一种替代方案是次级PWM控制或调节后控制，在250kHz开关频率下可以达到50kHz环路带宽，在低电压大电流电源设计的隔离中，该方案开始得到更多设计工程师的关注。低电压大电流电源设计实例

大部分电信设备从中央局端的-48V背板接受输入信号，如果线路板上需要多个大电流电源，最好将48V转换为5V到12V之间的隔离输出电压，然后再用多个非隔离DC/DC转换器从中生成低压电源。不过如果只需要两三种输出电压，也可以直接从48V进行转换，此时通常需要用次级PWM控制以实现理想的输出调节。以下是两个设计实例，第一个是将中间电压转换为低电压的多相非隔离电源，第二个是输入为-48V(-36～75V)的两路输出隔离电源。

◆ 实例一：3.3～12V输入1.5V/40A输出多相电源

图1是一个简化的两相40A电源，这种设计采用了Linear

Technology公司的LTC3729UH两相同步降压控制器。LTC3729驱动相位差为180度的两个大功率同步降压级，控制器采用峰值电流模式控制以确保在并联的两端之间精确分配电流，并通过片上差分放大器实现对正负输出电压线路的远程检测。不是所有的多相控制器都能对负极输出端进行远程监测。

对于需要超过40A的应用，解决方法是增加更多级，各级之间保持一定的相位差。利用多个LTC3729芯片可很容易增加多个具有相位差的级，将反馈误差放大器连接在一起可实现自动电流分配。图2是使用六个LTC3729控制器实现十二相电路的示意图。

◆实例二：带后调节的高效-48V(-36V到-75V)输入双输出(3.3V和2.5V)隔离电源

传统上多路输出隔离电源靠输出电感器耦合实现辅助输出调节，但辅助输出的负载调节效果很差，而且耦合大电流电感器制造很困难，成本较高。本设计采用一个基于LT3710的后调节器，LT3710驱动同步降压电路降低次级线圈电压。图3是一个-48V输入、3.3V和2.5V输出的隔离电源简化原理图。该设计方案在两个输出级都采用了同步整流器：LTC1698在3.3V输出端驱动同步整流器，并将3.3V电压反馈给初级;LT3710在2.5V端驱动MOSFET，并在次级直接调节2.5V输出电压。这个方案能在两个输出端都实现较高的效率，并在2.5V输出端得到快速负载瞬态响应。同步整流对于2.5V输出端尤其重要，因为下面的MO