針對電信和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的安森美半導(dǎo)體DC-DC電源參考設(shè)計示例

　　近年來，隨著電信技術(shù)的發(fā)展及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的迅速擴大，數(shù)據(jù)通信設(shè)備和電信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不斷走向融合，這就需要可靠的電源系統(tǒng)來為這些應(yīng)用供電。傳統(tǒng)的電源架構(gòu)是集中式電源架構(gòu)，即單個電源從交流輸入線路向所有需要的輸出提供功率轉(zhuǎn)換，這種架構(gòu)的成本最低，但可靠性和靈活性差。而數(shù)據(jù)通信中的數(shù)字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、中央處理器(CPU)等器件需要低電壓供電從而獲得更大電流，這就要求電源供應(yīng)盡可能地接近負載，所以如今大多數(shù)應(yīng)用中采用的是分布式電源架構(gòu)。相應(yīng)的，分布式電源系統(tǒng)(DPS)對系統(tǒng)中不同設(shè)備、不同電路板、甚至是同一電路板上的不同電路采用不同的電源供電，從而提供更高的可靠性、靈活性及散熱性能。

圖1：安森美半導(dǎo)體針對電信和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供的分布式電源解決方案。
              
　　對于分布式電源系統(tǒng)而言，常見的是-48 V分布式電源系統(tǒng)。通常情況下，交流-直流(AC-DC)轉(zhuǎn)換器將交流輸入電源轉(zhuǎn)換為-48 V直流電源，同時給備用電池(蓄電池)供電。通過將-48 V電源的正極接地(即正極電平為0 V)，就可以提供+48 V的輸入電壓，再通過直流-直流(DC-DC)隔離電源轉(zhuǎn)換和非隔離電源轉(zhuǎn)換為相應(yīng)負載提供所需的電壓電平。所謂隔離電源轉(zhuǎn)換，即輸入和輸出之間采用高頻變壓器進行電氣隔離；而非隔離電源轉(zhuǎn)換的主電路中則沒有高頻變壓器。

　　作為全球領(lǐng)先的高性能、高能效電源解決方案供應(yīng)商，安森美半導(dǎo)體針對電信和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的分布式電源應(yīng)用提供一系列的DC-DC解決方案(如圖1所示)。本文將針對隔離和非隔離電源轉(zhuǎn)換應(yīng)用共選擇3種應(yīng)用作為示例，分析它們適合采用的電源拓撲結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵元件，特別是安森美半導(dǎo)體提供的DC-DC解決方案如何能夠滿足這些要求，為客戶提供高能效的參考設(shè)計，幫助他們加快產(chǎn)品上市進程。

1) 隔離電源轉(zhuǎn)換：基于CS51021的隔離型5 A輸出網(wǎng)絡(luò)電源參考設(shè)計
　　為目標(biāo)應(yīng)用選擇合適的電源拓撲結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵元件非常重要。一般而言，有幾項關(guān)鍵考慮因素，如輸入電壓范圍(及精度)、輸出電壓和電流、能效目標(biāo)、隔離要求和保護性能等。相應(yīng)的，這網(wǎng)絡(luò)電源參考設(shè)計相應(yīng)的目標(biāo)規(guī)范為：輸入電壓+48 V(精度±20%)，輸出為5 V@5 A，提供限流、欠壓和過壓保護，目標(biāo)能效高于85%，有隔離要求，且必須使用陶瓷電容。

　　從上述目標(biāo)規(guī)范來看，我們可以看出其輸出功率要求相對較低，僅為25 W。而在15 W到100 W功率的通信應(yīng)用中，通常使用低成本的單端正激或反激轉(zhuǎn)換器。具體在本參考設(shè)計中，我們選擇正激轉(zhuǎn)換器，因為這種拓撲結(jié)構(gòu)提供較高能效，可以采用小尺寸輸出濾波器，提供低紋波輸出，適合高密度板設(shè)計，且輸出和輸出之間隔離。相應(yīng)地，可以采用安森美半導(dǎo)體的CS51021。

　　CS51021是安森美半導(dǎo)體推出的一款固定頻率電流模式脈寬調(diào)制(PWM)控制器，提供構(gòu)建交流-直流(AC-DC)和DC-DC初級端控制電路所需的全部特性。這器件能夠配置為正激或反激拓撲結(jié)構(gòu)，提供高達1 MHz的開關(guān)頻率，可用于優(yōu)化轉(zhuǎn)換器尺寸及其能效；具有1 A的漏/源極門驅(qū)動能力，適合高能效操作；具有可編程斜坡補償功能，提高了穩(wěn)定性。其它特性包括可編程逐脈沖過流保護、帶有前沿消隱的電流模式控制、具有可編程遲滯的過壓保護、雙向同步等。

圖2：基于CS51021構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)交換機電源參考設(shè)計的主要規(guī)范。

　　圖2顯示的是基于安森美半導(dǎo)體CS51021控制器構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)交換機電源的主要規(guī)范及演示電路板圖片?？紤]到相關(guān)設(shè)備也可能會采用備用電池進行工作，這參考設(shè)計提供的輸入電壓范圍比48 V±20%更寬，達到36 V至72 V。在能效方面，測試數(shù)據(jù)顯示，5.0 A輸出電流時的能效也高于85%，符合設(shè)計目標(biāo)要求。