【導讀】電信行業在現代社會中發揮著重要作用，是全球即時通信的重要基礎。無論是對於電話、短信還是網絡命令
，電信設備都能確保連接可靠。電信設備的正常運行離不開電源的支持
，但這一關鍵因素卻常常被人們忽視。

電信行業在現代社會中發揮著重要作用
，是全球即時通信的重要基礎。無論是對於電話
、短信還是網絡命令，電信設備都能確保連接可靠。電信設備的正常運行離不開電源的支持

，但這一關鍵因素卻常常被人們忽視。

本文重點介紹 Analog Devices 的 MAX15258，其設計為在單相或雙相升壓/反相降壓-升壓配置中支持多達兩個 MOSFET 驅動器和四個外部 MOSFET。兩個器件可以組合起來實現三相或四相運行，從而提升輸出功率和效率。

滿足更高功率需求

受技術進步、網絡流量激增和電信基礎設施擴建等因素的推動，電信行業對電力的需求持續增長。從第三代 (3G) 到第四代 (4G) 和第五代 (5G) 網絡的演進，催生了先進的大功率設備。

5G 技術的部署對基站和信號塔的功率需求產生了重大影響。基站，尤其是城市地區的基站，需要更高的功率水平，以支持大規模 MIMO（多輸入多輸出）配置和波束賦形所需的更多天線和無線電單元。

冗餘是另一個關鍵因素。電源必須考慮冗餘設計，通常包括電池或發電機等備用電源，以確保在停電時維持不間斷運行。

與前幾代無線網絡相比
，5G 移動技術的部署給電源設備的要求帶來了一些變化。要讓 5G 兌現其可靠、高速和低延遲通信的承諾
，必須滿足一些條件。

功率放大器要求

· 支持廣泛的頻段，包括 sub-6 GHz 和毫米波 (mmWave) 頻率，這對信號傳播提出了獨特的挑戰。
· 適應更寬的信號帶寬和更高的功率水平，並提供線性放大以防止高數據速率信號失真。
· 高效運行，最大限度地降低功耗和發熱
，尤其對於電池供電設備和偏遠地區的小型蜂窩基站。
· 重量輕且外形緊湊，可安裝在小型機櫃中，如小型蜂窩基站和用戶設備中。
· 采用先進的材料和技術，如由氮化镓 (GaN) 和碳化矽 (SiC) 製成的半導體器件，以提高功率密度

、性能和工作頻率。

電源轉換要求

由於曆史、實用性和技術方麵的原因，電信係統通常使用 -48 VDC 電源。電信網絡需要可靠的備用電源，以應對電網故障或其他緊急情況。鉛酸蓄電池是常用的備用電源
，也可工作於 -48 VDC。主電源和備用電源使用相同的電壓
，使得設計和維護備用係統更容易。此外，較低的電壓（如 -48 VDC）對從事電信設備工作的人員更安全，可降低觸電和受傷的風險。

電信設備的電源必須滿足特定的運行要求，以確保可靠性和效率。以下是一些重要規格：

· 輸入電壓範圍：電源應能承受較寬的輸入電壓範圍。
· 電壓調節：電源必須根據電信設備的要求提供穩定的調節輸出電壓。
· 高效率：電源必須具備高效率
，以減少功率損耗和能耗。通常要求至少 90% 的效率水平。
· 冗餘：為確保不間斷運行，電源通常具備冗餘功能，如 N+1，即使用額外的電源。如果一個電源發生故障，另一個電源可以立即接管並承擔供電任務。
· 可熱插拔：在任務關鍵型設施中，電源應支持熱插拔，確保在更換或維護期間盡量減少停機時間。
· 高可靠性：電源應配備保護機製
，以避免在過流
、過壓和短路等不利工作條件下造成損壞。

有源箝位正激轉換器

有源箝位正激轉換器 (ACFC) 是電源係統中常見的 DC/DC 轉換器配置，主要用於將 -48 VDC 轉換為正電壓。ACFC 是一種電壓轉換電路，集成了正激轉換器和有源箝位電路的特性以提高效率。這項技術廣泛應用於電信和數據中心設備的電源係統中。

ACFC 的核心元件是變壓器（圖 1）。變壓器的主繞組接收輸入電壓
，從而在次級繞組中產生感應電壓。變壓器的輸出電壓由其匝數比決定。

有(you)源(yuan)箝(qian)位(wei)電(dian)路(lu)包(bao)含(han)輔(fu)助(zhu)半(ban)導(dao)體(ti)開(kai)關(guan)和(he)電(dian)容(rong)器(qi)
，用(yong)於(yu)調(tiao)節(jie)和(he)控(kong)製(zhi)變(bian)壓(ya)器(qi)漏(lou)感(gan)內(nei)包(bao)含(han)的(de)能(neng)量(liang)。當(dang)初(chu)級(ji)開(kai)關(guan)斷(duan)開(kai)時(shi)
，漏(lou)感(gan)中(zhong)儲(chu)存(cun)的(de)能(neng)量(liang)會(hui)被(bei)重(zhong)定(ding)向(xiang)到(dao)箝(qian)位(wei)電(dian)容(rong)器(qi)，從(cong)而(er)防(fang)止(zhi)出(chu)現(xian)電(dian)壓(ya)尖(jian)峰(feng)。這(zhe)種(zhong)做(zuo)法(fa)可(ke)減(jian)輕(qing)初(chu)級(ji)開(kai)關(guan)的(de)壓(ya)力(li)
，提(ti)高(gao)運(yun)行(xing)效(xiao)率(lv)。變(bian)壓(ya)器(qi)次(ci)級(ji)繞(rao)組(zu)的(de)電(dian)壓(ya)由(you)二(er)極(ji)管(guan)整(zheng)流(liu)
，輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)由(you)輸(shu)出(chu)濾(lv)波(bo)電(dian)容(rong)器(qi)來(lai)平(ping)滑(hua)。最(zui)後(hou)，ACFC 采用軟切換，因此開關轉換更平滑
，產生的噪聲更小。這就減少了電磁幹擾 (EMI)，降低了開關損耗。

圖 1：ACFC 拓撲。（來源：Analog Devices）

ACFC 電dian路lu可ke減jian少shao電dian壓ya尖jian峰feng和he元yuan器qi件jian承cheng受shou的de壓ya力li，從cong而er提ti高gao效xiao率lv，尤you其qi是shi在zai高gao輸shu入ru輸shu出chu電dian壓ya比bi的de情qing況kuang下xia。此ci外wai，它ta還hai能neng處chu理li寬kuan輸shu入ru電dian壓ya範fan圍wei，因yin此ci適shi合he輸shu入ru電dian壓ya不bu穩wen定ding的de電dian信xin和he數shu據ju中zhong心xin應ying用yong。

有源箝位電路具有如下缺點：

· ruguobuweizhankongbixiandingyigezuidazhi，zhankongbidezengjiakenenghuishibianyaqibaohe，huozhegeizhukaiguandailaigengdadedianyayingli
，yincibixuzhunquexuanyongdaxiaoheshideqianweidianrongqi。
· ACFC 是一種單級 DC-DC 轉換器。隨著功率水平提高，電信等高能耗應用采用多相設計的優勢更加明顯。
· 有源箝位正激設計無法擴展到更高輸出功率並保持相似的性能。

克服 ACFC 局限性

Analog Devices 的 MAX15258 是一款帶 I2C 數字接口的高壓多相升壓控製器，專為電信和工業應用而設計。該器件的輸入電壓範圍非常寬，升壓配置下為 8 V 至 76 V，反相降壓/升壓配置下為 -8 V 至 -76 V。輸出電壓範圍從 3.3 V 到 60 V，可滿足包括電信設備在內的各種應用的要求。

這款多功能 IC 的典型應用是圖 2 所示 5G 宏蜂窩或家庭基站的電源。熱插拔特性由負電壓熱插拔控製器（如 ADI 的 ADM1073）來保證，該控製器由 -48 VDC 供電。同樣的電壓還為 MAX15258 降壓/升壓轉換器供電

，此轉換器可提供高達 800 W 的輸出功率。

圖 2：5G 應用的電源級框圖。（來源：Analog Devices）

MAX15258 設計為在升壓/反相降壓-升壓單相或雙相配置中支持多達兩個 MOSFET 驅動器和四個外部 MOSFET。其還可以將兩個器件組合起來，實現三相或四相運行。當配置為反相降壓-升壓轉換器時，其內部高壓 FB 電平轉換器可以通過差分方式檢測輸出電壓。借助專用基準輸入引腳或 I2C 數字接口，可以動態設置輸出電壓。

可以使用外部電阻器來調節內部振蕩器
，也可以將穩壓器與外部時鍾同步
，以保持恒定的開關頻率。支持 120 kHz 至 1 MHz 的開關頻率。該控製器還具有過流、輸出過壓
、輸入欠壓和熱關斷保護功能。

OVP 引腳上的電阻器用來指定控製器相位數。此信息用於確定控製器如何響應主相位的多相時鍾信號。在四相轉換器中，MAX15258 控製器或目標的兩個相位交錯 180°

，而控製器與目標之間的相移為 90°（圖 3）。

圖 3：四相配置 - 控製器和目標波形。（來源：Analog Devices）

在多相操作中，MAX15258 監控低壓側 MOSFET dianliuyishixianzhudongxiangdianliupingheng。zuoweifankui，dianliubupinghengbeiyingyongyuzhuzhouqidianliujiancedianlu，yibangzhutiaojiefuzaidianliu。zheyangzuokeyiquebaoliangxiangzhijiandedianliugongpingfenpei。yuzhengjizhuanhuanqishejibutong
，shiyonggai IC 時，設計人員無需在設計計算階段考慮可能存在的 15% 至 20% 的相位不平衡。

zaisanxianghuosixiangcaozuozhong
，pingjunmeixinpiandianliutongguozhuanyongchafenlianjiezaikongzhiqihemubiaozhijianchuanshu。dianliumoshikongzhiqihemubiaoqijiantiaojiegezidedianliu
，shisuoyouxiangweijundengdifendanfuzaidianliu。

圖 4 所示的四相交錯反相降壓-升壓電源適合需要大功率的應用。CSIO+ 和 CSIO- 信號連接兩個控製器，並且 SYNC 引腳也相連以保證時鍾同步，實現相位協調的相位交錯方案。

圖 4：四相反相降壓-升壓 -48 VIN 至 +48 VOUT 800 W 電源。（來源：Analog Devices）

MAX15258 是一款低頻升壓轉換器，因此能夠減少開關損耗——這zhe是shi轉zhuan換huan器qi功gong率lv損sun耗hao的de主zhu要yao來lai源yuan。每mei個ge轉zhuan換huan器qi都dou在zai低di損sun耗hao區qu域yu內nei以yi低di頻pin工gong作zuo，結jie果guo是shi以yi總zong計ji等deng效xiao的de高gao頻pin率lv提ti供gong高gao輸shu出chu功gong率lv。因yin此ci，它ta是shi轉zhuan換huan -48 VDC 的理想器件。

該器件以穩定的占空比運行，能夠以非常高的效率提供高輸出功率。圖 5 顯示了基於耦合電感器的 MAX15258 800 W 參考設計在不同 VIN 和 VOUT 組合下的效率曲線。由於減少了傳導損耗，圖中清楚地顯示效率超過 98%。

圖 5：MAX15258 CL 800 W 參考設計的效率與輸出負載電流的關係。（來源：Analog Devices）

總結

電源在電信行業中發揮著重要作用。有源箝位正激轉換器 (ACFC) 能(neng)夠(gou)實(shi)現(xian)高(gao)效(xiao)率(lv)並(bing)大(da)幅(fu)降(jiang)低(di)功(gong)率(lv)損(sun)耗(hao)
，因(yin)此(ci)在(zai)電(dian)信(xin)電(dian)源(yuan)設(she)計(ji)中(zhong)備(bei)受(shou)青(qing)睞(lai)。然(ran)而(er)，其(qi)固(gu)有(you)的(de)局(ju)限(xian)性(xing)可(ke)能(neng)會(hui)妨(fang)礙(ai)它(ta)們(men)在(zai)特(te)定(ding)情(qing)況(kuang)下(xia)的(de)效(xiao)能(neng)。為(wei)了(le)克(ke)服(fu)有(you)源(yuan)箝(qian)位(wei)正(zheng)激(ji)轉(zhuan)換(huan)器(qi)的(de)局(ju)限(xian)性(xing)，新(xin)一(yi)代(dai)電(dian)源(yuan)技(ji)術(shu)應(ying)運(yun)而(er)生(sheng)
，它(ta)們(men)提(ti)供(gong)更(geng)高(gao)的(de)效(xiao)率(lv)、更大的功率密度和簡化的控製機製。在電信行業，這些新穎的解決方案為實現更先進
、更優化的電源鋪平了道路。

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