5G宏基站电源设计策略以及建议
对5G时代的电源设计工程师来说 ， 新拓扑结构和新材料是必须要熟悉的 ， 因为碳化硅、氮化镓等新材料器件出来的时间并不长 ， 每个厂商推出的器件特性都是不一样的 ， 不像硅器件特性大家都比较熟悉 。因此 ， 程文涛建议电源设计工程师 ， 尽早熟悉新材料器件、高频化设计 ， 开拓设计思路 ， 以适应未来的电源设计工作 。
对于宏基站 ， 在一次电源和二次电源的优化方面 ， 英飞凌的程文涛给出了一些建议 。“在一次电源方面 ， 我们看到一个很明显的趋势是要求高效率和高功率密度 。现在电源的效率要达到97% ， 甚至98%的工作效率 。”
要达到这个效率目标 ， 程文涛认为一是需要用到新的拓扑结构 ， 他举例说 ， ACDC的拓扑结构将会从有桥PFC ， 逐渐过渡到无桥PFC ， 甚至图腾柱拓扑结构;二是必须采用新的材料 ， 包括现在热门的碳化硅MOSFET和氮化镓MOSFET;三是高频化 ， 高频化可以提高功率密度 ， 减小尺寸;四是贴片封装更受欢迎 ， SMD封装成为了主流 。
对于二次电源部分 ， 新的拓扑结构并不多 ， 更主要的是使用新材料和高频化器件 。
图：5G时代的宏站整流器
5G小基站电源设计的建议
在小基站方面 ， 程文涛认为5G时代的小基站跟宏基站有很大的区别 ， 跟4G时代的微基站和微微基站也略有不同 ， “现在小基站 ， 有的人也叫分布式基站 ， 在5G时代 ， 射频部分和天线部分 ， 会越来越多地融合在一起 ， 不像以前RU跟天线是分开的 ， 这种紧凑型的设计 ， 对电源的要求是不同的 。”
图：小基站供电设备的主要特点
他认为主要会有以下一些变化：
一是需要使用耐压等级更高的器件 。如果要做到更加紧凑 ， 那么能够接受的EMI的元件数量就要变少 ， 因为EMI元件一般都是很大 。但是EMI元件对射频部分又非常关键 ， 它除了担任电磁兼容部分的任务外 ， 还需要负责输入部分的抗浪涌和雷击任务 。“这就像一个跷跷板 ， 如何平衡紧凑 ， 与减少EMI器件后还能承受以前一样 ， 甚至更高的抗浪涌和雷击压力 。”程文涛也谈到了现在的一些应对措施 ， 那就是使用耐压等级更高的器件 。
二是需要采用新封装形式的器件 。由于要做得更加紧凑 ， 贴片器件会用得更多 。而且由于小基站很多是部署在室外的 ， 基本上不使用风扇 ， 因为风扇的维护成本高 ， 且折旧速度快 ， 因此现在小基站基本都是无风扇设计 。那如何才能适应室外的款温度变化呢 ， 这就需要依靠设备的外壳帮助散热 。程文涛指出 ， 现在不少器件都采用了新的封装来帮助散热 ， 比如顶层散热 ， 或者双面散热的封装 。
三是在二次电源里面 ， DCDC部分会有一些新的技术出来 ， “例如以前大部分的MOS管都是漏极贴在PCB上的 ， 现在有很多的器件是把源极设计在下面 。源极朝下 ， 配合漏极朝下的器件 ， 做同步整流Buck的时候 ， 在EMI、效率、PCB layout等方面都有非常大的优势 。”程文涛表示 。
【5G宏基站电源设计策略以及建议】 总的来说 ， 在5G时代 ， 如何降低功耗是整个产业链都需要思考的问题 。高效率、高功率密度、以及高频化将会是接下来业界持续关注的话题 。在程文涛看来 ， 在效率方面 ， 对通信电源来说 ， 当电源效率提升到一定程度之后 ， 提高效率的任务就会落在射频端 ， 射频端的效率提升一点点的好处将会大于电源部分效率的提升;高功率密度可以让设备的尺寸变得更小 ， 会是业界持续关注的重点;高频化则需要依赖新材料来实现 ， 包括碳化硅、氮化镓、磁性新材料等 ， 因为只有主动器件和被动器件同时高频化 ， 才能实现系统的高频化 。
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