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。
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
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。
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