陈玉波，陈兴旺

（山东省邮电规划设计院有限公司，山东 济南 250000）

0 引 言

当前网络技术的成熟运用以及5G技术的提出和推广，都使得通信模式逐渐从计算机与计算机之间，或与移动终端设备之间的单一传输，逐渐转向高速多元化的传输模式。人们在日常生活和工作中使用的手机、个人计算机以及电视等都已经具备了数据传输的功能。针对当前发展趋势，负责这一类终端设备通信的各类硬件设施工作量以及工作压力逐渐增加，人们也对其运行提出了更高的要求。不仅需要其本身具备十分强大的数据传输和数据处理能力，同时还需要实现更多的多媒体操作，各类通信设备及辅助硬件都需要集成CPU、内存以及显示屏等设备[1]。

由于各类通信设备在实际应用中，其自身的体积和使用环境都会在一定程度上受到限制，对其相配套的电源在外形以及运行功率上也都有着更加严苛的要求，在实际应用中需要更高的工作效率和更稳定的运行条件[2]。因此，为了解决这一问题，相关领域研究人员逐渐将研究重点转向对各类通信设备具体单元的研发和创新上，并将生产具有高稳定性的电源作为研究目标[3]。当前，随着通信需求的多样化，通信电源逐渐向着高频、低压以及大电流的方向发展，为了扩大通信电源的应用市场，在保证其对原生电网无谐波干扰的影响下，实现绿色通信电源设计，本文开展基于同步整流技术的通信电源优化设计研究。

1 基于同步整流技术的通信电源优化设计

同步整流是采用通态电阻极低的专用功率MOSFET来代替整流二极管，从而降低整流损耗的一种方法。这种方法可以有效提升DC/DC变换器的效率，还能够避免由肖特基势垒电压而导致的死区电压。功率MOSFET属于电压控制型器件，它在导通时的伏安特性呈线性关系。用功率MOSFET做整流器时，要求栅极电压必须与被整流电压的相位保持同步才能完成整流功能。

1.1 通信电源主要器件选择

为实现对通信电源的优化设计，首先针对其主要构成器件进行选择，选择原则是符合电源输入输出参数。由于构成器件选择结果的好坏直接关系到电源的运行效率和稳定性，因此需要对其相关参数进行严格计算。MOSET是电源当中常见的器件之一，根据本文通信电源需要，选择8脚结构，以SO8格式封装的MOSET[4]。由于MOSET的额定电流选取过大会造成电源开发成本增加，过小会造成发热量过大烧毁电源的问题产生，因此在选择MOSET时，还需要对其电流参数进行计算，其电流计算公式为：

式中，I为MOSET的电流参数，Iout为二极管输出电流，k为选型余量。根据上述论述，完成对MOSET的选型后，还需要对功率电感进行选择，为了避免通信电源在运行过程中出现漏感或发散磁场增强的问题，选用螺旋封装式结构的功率电感器件[5]。在实际应用中，根据电源运行需要，通过调节电感形状的方式，实现直流电阻与交流电阻之间的平衡，从而避免由于交流过大而对直流造成损耗的问题。在选择电感时还应当选择电流密度高、运行效率高以及热传导良好的电感，以此为通信电源运行提供条件。

1.2 基于同步整流技术的电源外围电路优化设计

完成对通信电源主要器件的选择后，本文引入tongue整流技术，针对电源外围电路进行优化设计[6]。首先，针对电源开关频率调节电路进行设计，该电路结构的电压主要通过外界电阻的采样数据进行计算，其计算公式为：

式中，URt为频率调节电路引脚电压，Fsw为电源工作频率。根据式（2）确定引脚电压后，再结合同步整流技术，由采样特征调整接入的电阻，并得到如图1所示的频率调节电路连接结构示意图。

图1 频率调节电路连接结构

优化设计通信电源的过流保护电路，根据同步整流原理，通信电源外界电阻必须满足的公式为：

式中，R0为通信电源总电阻值，RL为外界电阻值，RDS为DS电阻值，U1为通信电源电压，Us为LIM电压。根据式（3）确定通信电源外界电阻，并在对过流保护电路设计时，确保其外界电阻符合约束条件，以此实现对过流保护电路的优化设计。

1.3 通信电源总体PCB制作

在完成对通信电源频率调节电路和过流保护电路的优化设计后，对电源总体PCB进行制作。在制作前，首先需要明确电源总体PCB板电路层的分布结构，从上到下，其结构顺序依次为功率器件、电源层、地层以及阻容器件[7]。根据上述结构顺序，在走线时尽可能放粗，以此减小电源运行时的电压[8]。由于上述所选的功率器件为高频器件，因此在实际运行过程中功率器件产生的电感磁场干扰较大，在一定程度上影响了通信电源的运行稳定[9]。针对这一问题，在进行PCB制作的过程中，只需要在电源层完成走线，除了对必要的散热孔和连线孔进行设置外，尽可能确保地层结构的完整性，以此屏蔽掉更多功率器件产生的电磁干扰。在对电源控制电路和反馈电路进行制作时，应当将其与普通区域分开，电源结构中的实际走线应当先以集中的方式进行连接，后将其分配到各个电路中[10]。通过上述通信电源PCB制作流程，在保证通信电源运行稳定性的基础上实现优化。

2 优化前后应用效果对比

按照本文上述论述思路，在应用同步整流技术的基础上，实现了对通信电源的优化设计。为了验证优化后通信电源的实际应用和运行效果，选择以BSPICE程序作为基础，在该程序构建的实验环境当中，通过对比优化前后两种通信电源的实际运行情况，实现对其优化效果的验证。利用BSPICE程序对MOSFET反向导通电路进行模拟，并将该模拟电路作为优化前后两种通信电源的运行环境。MOSFET反向导通电路连接示意如图2所示。

图2 MOSFET反向导通电路连接

在该电路通电过程中，采用5 V脉冲控制信号，为了确保实验客观性，优化前后两种通信电源引入该电路时，其脉冲上升时间和下降时间均设置为1 ns，脉冲的带宽设置为2 μs，导通宽度设置为0.5 μs。已知，图2中U2为直流电源。根据上述实验准备，记录优化前后两种通信电源的电压输出结果，并将相应时刻下的电压变化数据记录如表1所示。

表1 优化前后通信电源电压变化情况记录表

结合表1中的数据可知，优化前通信电源的电压变化幅度较大，相邻记录时刻下其电压差值超过了100 V，而优化后通信电源电压变化幅度较小，相邻记录时刻下电压差值均为20 V。因此，通过上述优化前后的通信电源应用效果对比可以看出，本文提出的优化方法可以缩小电压的变化幅度，实现对通信电源电压的稳定控制，为整个电路的运行提供安全保障。

3 结 论

通过本文上述研究，在明确通信电源应用需要的基础上引入同步整流技术，分别从3个方面实现对电源的优化设计，并通过实验方式证明优化思路的可行性。当前低压大电流通信电源已经成为电源市场主要需求类型，并且在通信电源行业中占据着绝大部分市场。为了更好地实现通信电源的广泛应用，在今后将更加深入研究如何实现通信电源的低压和大电流运行，从而进一步扩大通信电源的应用市场。