【应用】效率高达96%的3KW 5G通信电源设计方案

时间： 2020-05-23 来源：世强

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相比于4G通信电源，5G通信电源需求低成本、高效率、免占地和少工勘的设计方案。所以5G通信电源在功率密度上要远优于传统的4G方案。如何低成本的建设低能耗、高可靠和高功率密度的通信电源系统，成为5G通信电源的挑战。本方案采用MOSFET作为主开关器件，搭配非隔离驱动IC、隔离驱动IC、保险、输入继电器、整流桥，隔离IC、TVS和4G通讯模组等器件，实现3KW的效率高达96%的5G通信电源的高功率密度设计。

基于产品追求高效率小体积，整流桥选型时的导通电压要尽可能低，桥堆在满足参数规格的情况下体积是要求越小越好。扬杰科技的GBJ2510是1000V/25A的整流桥，扁平式封装，本体30mm*20mm*4.6mm，Vf低至1V，应用于整流部分。GBJ2510导通电压低、体积小，3KW的5G通信电源单机采用2PCS，降低器件损耗同时可保持产品小体积设计。

基于产品的高功率密度设计理念，PFC的MOSFET导通损耗要求是尽可能的低。无锡紫光微的TPW65R040M，是650V/72A的MOSFET，TO-247封装，RDS(on)标准值是35mΩ，最大值仅40mΩ，导通电阻非常低。在设计上降低导通损耗提升效率的同时还可减小散热器体积。

驱动PFC MOSFET需求IC是高频低成本，故驱动可采用非隔离方案。LITTELFUSE的非隔离驱动IX4340N，只需单电源供电，驱动电流高达5A，属于SOIC-8封装，芯片封装体积小，可简化驱动设计，相比隔离驱动的方案，设计成本低。

基于产品的高功率密度设计理念。PFC的续流二极管同样要求低导通压降和超短的反向恢复时间。泰科天润的G3S06520B，是650V/20A的Sic Diode，Vf典型值是1.45V，应用导通损耗低。碳化硅二极管拥有零反向恢复特性，可实现高频设计的同时降低反向恢复带来的损耗。

为了高功率密度设计理念以及减小后端感性器件的体积。LLC的MOSFET选型时的导通损耗也是要求越低越好。ROHM的R6576ENZ4C13，满足高频设计，是650V/76A的MOSFET，RDS(on)标准值是40mΩ，最大值仅46mΩ，导通电阻非常的低。在高频设计上降低导通损耗提升效率的同时可减小电感和散热器的体积，实现小型化。

驱动LLC MOSFET的IC，可采用隔离方式提升产品可靠性。隔离驱动采用SILICON LABS的SI8233BD-D-ISR。Silicon Labs隔离驱动SI8233BD-D-ISR具有5KV隔离电压，满足强弱侧电压隔离。芯片原边输入信号互锁，防护上下桥MOS管直通，提供了MOS管驱动可靠性。另外SI8233BD-D-ISR是集成两路驱动，上路驱动支持自举供电，简化供电回路，利于小体积化设计。

为了抑制通信接口的电势差和共模干扰。CAN隔离芯片可采用Silicon labs的SI8622EC-B-IS，可实现CAN通讯的强弱侧控制隔离可靠性，支持快速响应及设计小体积化要求。Silicon Labs CAN隔离芯片Si8622EC-B-IS具有一正一反隔离功能，属于SOIC-8封装，实现CAN设计小型化。芯片的隔离电压等级是3.75KV，满足CAN通讯强弱侧隔离可靠性要求。同时芯片支持150Mbps通讯速率，可实现系统快速响应要求。

输入侧的继电器可以参考中汇瑞德的A2-S-112DC2，主要是用来短接水泥电阻设计。产品符合UL/cUL,TUV,CQC标准,符合RoHS，REACH SvHC要求，可靠性高。A2-S-112DC2线圈和接点间的耐压强度4000VAC，接点和接点间的耐压强度1000VAC，触点负载最大容量为1385VA/150W(NO正常打开)，830VA/90W(NC正常闭合)，线圈功率有灵敏性和标准型可供选择，产品性价比高，外形尺寸(20.0mm×10.0mm×15.2mm)，产品本身体积小，设计时占板空间小。

输入侧的继电器可以参考中汇瑞德的CHI03-S-112DC2，主要是用于断开整个回路设计。产品符合UL/cUL,TUV,CQC标准，产品符合RoHS环保要求，还有无卤规格可供选择，线圈和接点间的耐压强度高达5000VAC，接点和接点间的耐压强度1000VAC，触点负载最大容量为5540VA/600W，触点额定负载可达17A，产品性价比高，外形尺寸(29.3mm×12.7mm×15.3mm)，产品体积小，在满足高性能的情况下，可实现应用的小型化。

关于站点之间的4G模组通信，可评估美格智能Cat.4模组SLM790。SLM790-CB(M790CB1G)采用国产海思（Hisilicon）Balong V711通信芯片研制而成，支持LTE-FDD/LTE-TDD/WCDMA/GSM多模频段。模组工作温度范围宽 -40℃~+85℃，满足工业环境要求。海思Balong V711芯片是满足全球认证的，具备完善的网络兼容性，可用于海内外市场。模组在极端环境下的长时间进行过挂机测试，产品具备超强的可靠性。模组拥有完善的Open CPU定制解决方案，以及丰富的硬件接口，满足客户各种自定义需求。

为了防止CAN通信遭受静电的干扰，CAN通讯需要做ESD保护。Littelfuse的SM24CANA-02HTG，为24V的双向TVS，SOT23-3封装，容值低至11pF。响应速度快且体积小，为专门针对CAN通讯设计的ESD保护器件，另外该TVS满足ESD，IEC 61000-4-2，±24kV contact，±30kV air，产品ESD等级非常高。