通信电源模块的同步整流设计

2021-07-30王芳

通信电源技术 2021年7期

王芳

（永城职业学院电子信息工程系，河南永城 476600）

0 引言

当前网络技术的普及和4G、5G的广泛应用，使得通信向着更加便捷、高速以及多元化的方向发展，各种不同类型的移动数据终端都能够实现对数据的传输和接收[1]。随着通信量的增加，移动数据终端的通信设备工作量也随之不断增加，这就要求通信设备不仅要具备更加强大的数据处理功能，而且还要确保通信电源模块具有稳定的输出电压，只有这样才能保证设备的稳定运行[2]。基于此，引进同步整流技术来稳定通信电源模块的输出电压。

1 通信电源模块设计

1.1 通信电源工作频率分析

为了确保通信电源的可持续供电，在通信电源模块设计过程中应该先确定通信电源工作频率[3]。若缩小通信电源体积，则电源开关部位的能耗会随之增大，严重影响了通信电源模块的工作性能。以PLOSS表示通信电源能耗，f表示通信电源工作频率，两者的关系可以表示为：

根据式（1），通信电源损耗为电源开关运行频率的1.2次方。为了显著提高通信电源设备的工作频率，需对通信电源工作频率范围进行规划，科学设定模块中各元器件的参数。常规通信电源的额定工作电压为220 V，可直接选择电源中的内势转动频率作为电源频率的控制范围[4]。此外，也需要考虑电阻与模块工作频率的关系。用Rf表示模块反馈电阻，则模块反馈电阻与通信电源能耗之间的关系为：

1.2 参数设定及选型

首先，设定通信电源模块中的电压反馈电阻。结合平均电流经过反馈电阻时的实际需要，在通信电源模块的FB端需要形成压降形式的电压变化，电路应当由轻载状态转变为满载状态，并完成对电压的下冲[5]。反馈电阻计算公式为：

式中，Rf表示反馈电阻；V表示通信电源模块的理想输出电压；50是通信电源模块满载时的输出电流，单位为μA。选择VIKI545-5260型号反馈电阻作为通信电源模块的反馈电阻元器件，该型号反馈电阻的温度系数为PTC，额定功率2 W，外观为平面片状结构，更有利于提高输出电压的稳定性[6]。

其次，设定通信电源模块中的电流采样电阻。通信电源模块在满载状态运行过程中，其最大的采样电流为50 μA，为保证通信电源模块稳定运行，应确保每路输出电感电流的平均值为15 A。选择WSL1206R0500FEA型号电阻作为电流采样电阻，该采样电阻温度系数为±65 （ppm/℃），工作温度为-55～125 ℃。

最后，选择合适的功率电感。通信电源模块设计中应严格控制滤波电感，选用新型螺旋封装的贴片功率电感，如图1所示。

图1 新型螺旋封装贴片功率电感结构

螺旋封装贴片功率电感更有利于平衡直流电阻与交流电阻，其优势主要有以下5点。一是加大电流密度，可将电感导线看作平面导体，受电流影响较小，由此可有效加大电流密度；二是效率较高，一般在95%以上；三是螺旋封装功率电感具有较好的热传导性，其热通道距离较短，因而温升较低；四是体积小，该结构可以减小电感高度；五是工作频率范围广，温度范围大[7-9]。根据上述操作，完成通信电源模块中关键元器件参数设定及选型。

1.3 通信电源电路结构设计

经过上述参数设定，开始进行通信电路结构设计。为实现本文通信电源的广泛应用，以HIP25840-89型号主控芯片作为通信电源模块的核心元件，用于实现对通信电源模块四相交错并联同步整流变换装置的驱动，如图2所示。

图2 电路结构设计

由图2可以看出，该电路整体结构中HIP25840-89型号主控芯片产生的多路相位彼此之间的PWM脉冲超过90°，在PWM脉冲的两端与驱动装置进行相互连接，每个驱动装置之间都会产生两组不同形式的互补波形，以此实现PWM脉冲与HIP25840-89型号主控芯片相互连接的四路同步整流电路。在整个电路结构当中，四路同步整流电路中每组变换装置的下端均连接着MOSFET管，并且均是通过反向并联的方式连接[10]。其中两组同步整流电路变换装置下端MOSFET管又构成了通信电源模块的供电电路，为其日常运行提供5 V和12 V的电源电压。为了简化通信电源模块，采用5个模拟开关与1个分压电阻组成的电路作为主要的供电电路，向四路电路传输工作电压。最终完成对通信电源电路同步整流的设计，该电路的输入电压为直流12 V，输出电压为直流2.5 V，额定输出电流为335 A，工作频率为125 kHz，纹波电压大小为32 mV。

2 对比实验

利用BSpice软件，以某常见通信设备为实验对象，根据其日常通信工作原理将两台通信设备分别与本文模块和传统通信电源模块连接，通过分析通信设备的运行情况验证两种通信电源模块的实际应用性能。按照两种通信电源模块的设计思路，完成原始电路的搭建，并将其与硬件电路相互连接，通过调试后，可对两组通信电源模块进行合理优化。分别对连接通信设备的两种不同通信电源模块提出输入电流为25 A、20 A、15 A、10 A、5 A以及0 A的要求，记录两种通信电源模块的输出电压，验证两种通信电源模块的实际应用效果。记录的实验结果数据如表1所示。