基站電源設(shè)計(jì)必須在尺寸、效率和性能之間進(jìn)行權(quán)衡。基于數(shù)字遙測(cè)的新電源解決方案簡(jiǎn)單、靈活且可擴(kuò)展。圍繞MAX15301負(fù)載點(diǎn)（POL）控制器設(shè)計(jì)的基站系統(tǒng)將更加集成和靈活。

基站電源工程師會(huì)遇到許多設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。無線運(yùn)營商希望它們能夠降低功耗并減小尺寸。他們還被要求最大限度地降低執(zhí)行排序、監(jiān)控、裕量和許多其他任務(wù)的子系統(tǒng)的復(fù)雜性。為了優(yōu)化應(yīng)用要求，他們必須做出多項(xiàng)權(quán)衡，包括電源轉(zhuǎn)換效率與尺寸以及性能復(fù)雜性與成本。本文將介紹高度集成的新型電源解決方案如何提供靈活性和優(yōu)化的性能，以簡(jiǎn)化這些設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

提高效率

運(yùn)行基站的能源成本對(duì)無線運(yùn)營商來說非常重要，這使得對(duì)更高效的電源解決方案的需求對(duì)于降低運(yùn)營費(fèi)用非常重要。此外，功耗的降低將降低功耗，因此操作員可以在無線電單元中使用較小的散熱器。反過來，較小的散熱器可以允許實(shí)現(xiàn)較小的單元。最后，由于這些無線電單元通常安裝在建筑物的桿子或側(cè)面，因此減少整體占地面積可以最大限度地減少所涉及的機(jī)械應(yīng)力。

基站的基帶單元提供快速信號(hào)處理功能，以處理網(wǎng)絡(luò)上的大量數(shù)據(jù)和語音流量。基帶單元需要高電流和多個(gè)電壓軌，電流可能超過60A，因此需要多相電源解決方案，并且通常需要遙測(cè)。

通過電源轉(zhuǎn)換提高效率的技術(shù)包括最小化導(dǎo)通、開關(guān)和反向恢復(fù)損耗。通過選擇低導(dǎo)通電阻（R上） 場(chǎng)效應(yīng)管。更高的柵極驅(qū)動(dòng)還可以進(jìn)一步降低導(dǎo)通電阻（RRDSON).使用較高開關(guān)電壓的代價(jià)是增加開關(guān)損耗。盡管如此，能夠設(shè)置柵極驅(qū)動(dòng)是非常可取的。對(duì)于更高的電流，高柵極驅(qū)動(dòng)電壓可降低傳導(dǎo)損耗;對(duì)于輕負(fù)載操作，可以降低柵極驅(qū)動(dòng)電壓。自動(dòng)選擇過程優(yōu)化了導(dǎo)通和開關(guān)損耗之間的權(quán)衡，從而實(shí)現(xiàn)了更好的基站設(shè)計(jì)。

MAX15301數(shù)字負(fù)載點(diǎn)（POL）控制器采用先進(jìn)的算法，在整個(gè)工作條件下實(shí)現(xiàn)最高水平的效率和瞬態(tài)響應(yīng)。它包括一個(gè)用于外部 MOSFET 的高級(jí)、高效率、自適應(yīng)柵極驅(qū)動(dòng)器。通過不斷適應(yīng)負(fù)載、電壓和電流的變化，它可以優(yōu)化效率。

簡(jiǎn)化電源復(fù)雜性并提高系統(tǒng)可靠性

如果可以監(jiān)視系統(tǒng)操作參數(shù)，則可以更好地管理系統(tǒng)性能。更好的系統(tǒng)管理總是能提高系統(tǒng)的可靠性。

如上所述，基帶單元必須具有強(qiáng)大的信號(hào)處理能力，以處理大量數(shù)據(jù)和語音流量。在上電/關(guān)斷期間，必須正確排序多個(gè)高電流和低電流電壓。在整個(gè)基帶操作期間，必須監(jiān)控電流和溫度，以確保系統(tǒng)在容差范圍內(nèi)運(yùn)行，并提供警告或故障信號(hào)。最后，遙測(cè)和先進(jìn)的故障管理功能使基站能夠?qū)崿F(xiàn)高可靠性。使用模擬方法時(shí)，需要多個(gè)器件來實(shí)現(xiàn)這些功能，并且需要電源管理器。然而，數(shù)字化方法降低了設(shè)計(jì)復(fù)雜性，并降低了對(duì)獨(dú)立電源管理器的需求。（請(qǐng)參閱圖 1。

基站電源管理任務(wù)通常需要一個(gè)非常復(fù)雜的電源管理控制器和每個(gè)功能的多個(gè)分立元件。整體電路板空間和設(shè)計(jì)復(fù)雜性也相應(yīng)增加。基站設(shè)計(jì)也在極端溫度下工作，因此設(shè)計(jì)必須在很寬的工作溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)健。對(duì)于傳統(tǒng)的模擬電源解決方案，補(bǔ)償設(shè)置在一個(gè)獨(dú)特的工作條件下，必須滿足較寬的工作范圍。同時(shí)，電感器和電容器等無源元件的變化使得電源補(bǔ)償更具挑戰(zhàn)性。

還有一種替代方法，一種基于數(shù)字架構(gòu)方法的系統(tǒng)。在數(shù)字架構(gòu)中，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償?shù)哪芰Γ⒂欣趦?yōu)化帶寬。更高的帶寬可改善負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)，從而改善容差或消除輸出電容以改善解決方案尺寸。此外，無源元件可以隨溫度變化，但自動(dòng)補(bǔ)償可以適應(yīng)這些變化的條件。這提供了在整個(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行優(yōu)化的能力。

圖1.采用模擬（左）和數(shù)字方法（右）的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。數(shù)字方法集成了每個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器的電源管理器。結(jié)果是一個(gè)靈活且可擴(kuò)展的系統(tǒng)。數(shù)字遙測(cè)可以持續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)組件，以確保優(yōu)化基站性能。

Maxim InTune?產(chǎn)品（如MAX15301）解決了這些電源管理挑戰(zhàn)。它們可以輕松實(shí)現(xiàn)高性能 DC-DC 電源設(shè)計(jì)，這些設(shè)計(jì)需要更少的濾波器電容并具有更高的效率。這種數(shù)字電源技術(shù)基于“狀態(tài)空間”或“模型預(yù)測(cè)”控制，而不是大多數(shù)數(shù)字控制器的典型比例積分微分（PID）控制。MAX15301中的自動(dòng)補(bǔ)償程序基于測(cè)量參數(shù)，可以構(gòu)建電源的內(nèi)部數(shù)學(xué)模型，包括外部元件。結(jié)果是開關(guān)電源在保證穩(wěn)定性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了盡可能高的動(dòng)態(tài)性能。該技術(shù)還支持多種專有算法，可在各種操作條件下優(yōu)化效率。

減少電路板空間

減少無線電單元中的電路板空間很重要，因?yàn)?a target="_blank">天線可能安裝在建筑物、塔或桿上，其重量會(huì)成為問題。對(duì)于基帶單元，更大、更強(qiáng)大的數(shù)字處理器需要更多的空間，因此，減小電路板尺寸更具挑戰(zhàn)性。

集成式 MOSFET 解決方案提供更小的 POL 功率外形尺寸。當(dāng)功率水平較低時(shí)，這種方法是可以接受的，但對(duì)于更高電流的設(shè)計(jì)，這種方法變得更具挑戰(zhàn)性。集成 MOSFET 的器件針對(duì)特定工作條件下的效率進(jìn)行了優(yōu)化。基于控制器的解決方案為優(yōu)化提供了一定的靈活性，因?yàn)槟梢葬槍?duì)每種特定條件優(yōu)化MOSFET的選擇。它還允許更多的熱量在電路板上傳播，以進(jìn)行熱管理。這里明顯的權(quán)衡是需要更多的電路板空間。

同時(shí)，基帶單元中的電流可能高達(dá)每軌60A，需要多相電源解決方案。這些更高功率軌的無源元件（在本例中為輸出電容）的數(shù)量會(huì)增加，以滿足瞬態(tài)要求。MAX15301可配置為獨(dú)立或多相方案工作。

不過，MAX15301數(shù)字控制器具有專有的自動(dòng)調(diào)諧功能，可簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。現(xiàn)在，用戶不需要工程師來補(bǔ)償電源，并且可以確保最佳補(bǔ)償。遙測(cè)的集成還減少了對(duì)外部IC的需求，從而實(shí)現(xiàn)了更密集的設(shè)計(jì)。

總結(jié)

基站電源設(shè)計(jì)必須在尺寸、效率和性能之間進(jìn)行權(quán)衡。基于數(shù)字遙測(cè)的新電源解決方案簡(jiǎn)單、靈活且可擴(kuò)展。圍繞MAX15301設(shè)計(jì)的基站系統(tǒng)將更加集成和靈活。通過持續(xù)的組件監(jiān)控，可以優(yōu)化整體性能并提高可靠性。最后，數(shù)字遙測(cè)使權(quán)衡挑戰(zhàn)變得更加簡(jiǎn)單。

審核編輯：郭婷