通信系統(tǒng)中二次電源電路的濾波與緩啟原理

本文主要論述了二次電源系統(tǒng)中－48V電路經(jīng)DC/DC變換3.3V模塊中的濾波、保護(hù)電路，以及在采用電源熱備份集中供電系統(tǒng)中，拔插采用3.3V電源的單板時(shí)抑止浪涌電流的電源緩啟電路。

引言

現(xiàn)代集成電路工藝已進(jìn)入亞微米階段，數(shù)字信號(hào)的上升/下降時(shí)間普遍為亞納秒量級(jí)，這使高速數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)面臨巨大挑戰(zhàn)。晶體管尺寸越來越小，使得其工作電壓越來越低，同時(shí)時(shí)鐘頻率不斷上升，微處理器(CPU)和各種專用芯片（ASIC）集成的功能越來越多，其消耗的功率也越來越大，這對(duì)電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性提出了更高的要求。

在通信系統(tǒng)設(shè)備中，電源的設(shè)計(jì)通常分一次電源和二次電源兩部分，一次電源系統(tǒng)的輸入是50Hz交流電，電壓根據(jù)國家不同分220V和110V兩種，輸出通常為－48V。二次電源通常指從－48V或－24V轉(zhuǎn)換成5V、3.3V等低電壓以及從低壓到低壓的轉(zhuǎn)換電源。

在采用集中供電的二次電源系統(tǒng)中，板卡插入主機(jī)時(shí)，主機(jī)已經(jīng)處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)，所有容性負(fù)載均已充電。待插的板卡是不帶電的，板卡上的容性負(fù)載沒有充電。在熱插入過程中，待插板卡上的電容瞬間充電。充電過程將在插入的瞬間從系統(tǒng)電源吸納大量的電流，導(dǎo)致系統(tǒng)電壓瞬間跌落，影響其它板卡的正常運(yùn)行。在電源線接觸的瞬間，系統(tǒng)電源的輸出電阻和待插板卡的電容組成RC充電通道，由于電源的輸出電阻很小，浪涌電流非常大。在拔出板卡的過程中，板卡上的旁路電容放電，和背板之間形成一個(gè)低阻通道，也會(huì)產(chǎn)生瞬間大電流。浪涌電流攜帶大量的能量，會(huì)毀壞接口器件、連接器和金屬連線。為了防止上述情況發(fā)生，所以要對(duì)電源系統(tǒng)進(jìn)行必要的保護(hù)性設(shè)計(jì)。

1 二次電源的濾波保護(hù)

對(duì)于采用－48V輸入電壓供電的系統(tǒng)中，各單板的輸入電路的濾波和保護(hù)電路的設(shè)計(jì)一般要遵循的原則是：滿足相關(guān)的可靠性和電磁兼容技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)可以參考公司的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和國際通行的標(biāo)準(zhǔn)。通常應(yīng)用如圖1所示的電路。

圖1 典型－48V電源輸入濾波保護(hù)電路

輸入保護(hù)電路一般分防雷擊保護(hù)和輸入電壓反接保護(hù)，D1為單極性瞬態(tài)抑制二極管，插件封裝的推薦型號(hào)為1.5KE68A，D2為輸入電壓防反接二極管，插件封裝的推薦型號(hào)為SB560，D2也可以用保險(xiǎn)絲替代，在單板總功率大于50W時(shí)，考慮D2的功率耗散建議使用保險(xiǎn)絲。

濾波電路由一級(jí)π形濾波器和一級(jí)共模濾波器組成，C2、C3為鋁電解電容，電壓大于100V，建議使用105℃工作范圍的，容量在47～470μF，C1、C4為高頻濾波電容，推薦使用X7R材質(zhì)的瓷片電容，或聚酯薄膜電容，容量0.47～1.5μF，耐壓大于63V。L1選用電感量在100～300μH之間，工作電流根據(jù)單板總功率確定，考慮電感的飽和因素，最好按50％降額。L2選取電感量在100～300μH之間，注意這個(gè)電感要采用間繞方式，減少線間電容，電流選取同L1，C6為輻射噪聲抑制電容，選用時(shí)注意耐壓大于500V，容量大于1000pF。C7、C8為輸出濾波電容，C7選用鉭電容，輸出5V時(shí)選用耐壓10V的，輸出3.3V時(shí)選用耐壓6.3V的，容量均在220μF以上，C8建議選用高頻瓷片電容，容量在10～22μF之間，耐壓一般大于6.3V即可。

圖2及圖3中輸出電壓分別為3.3V和1.5V時(shí)電源紋波大小分別為48.8mV和41.2mV，可以看到電源輸入濾波保護(hù)電路效果明顯。

圖2 輸出電壓3.3V時(shí)的紋波

圖3 輸出電壓1.5V時(shí)的紋波