新一代的移動(dòng)通信網(wǎng)——5G網(wǎng)絡(luò )已成為廣大社會(huì )群眾的關(guān)注焦點(diǎn)。從目前全球頻譜分布來(lái)看，要想獲得更多的帶寬，5G頻段高頻化成為必然趨勢，而高頻化所帶來(lái)的覆蓋區域變小將導致5G時(shí)代全球站點(diǎn)數量倍增，站點(diǎn)能耗翻倍，電源功率密度提升成為5G電源的迫切需求。日前，在由大比特資訊主辦的“2020(深圳)5G基站電源技術(shù)創(chuàng )新研討會(huì )”上，納芯微市場(chǎng)總監張方文以《應對國產(chǎn)化需求的5G電源用隔離IC一站式解決方案》的主題演講，詳細介紹了納芯微電子針對5G電源應用中的通信電源、二次電源、電源磚等隔離產(chǎn)品解決方案。本文將帶大家一起了解下這些解決方案。

由于5G的多天線(xiàn)陣列技術(shù)，發(fā)射接受通道從原來(lái)最多8路變成了32或64路，為減小饋線(xiàn)損耗，5G基站將RRU和天線(xiàn)集成為一起成為AAU，散熱從原來(lái)的雙面散熱變成了單面，而功耗卻顯著(zhù)增加。因此，電源功率密度和效率提升迫在眉睫。5G電源通常包含站點(diǎn)電源（AC-DC）和基站電源（AAU或BBU內部的二次電源部分DC-DC）兩個(gè)部分。

站點(diǎn)電源（AC-DC）電源解決方案

5G站點(diǎn)因高頻化而導致的密度增大，將會(huì )給站址獲取帶來(lái)困難，而5G設備的功率又偏大，導致拉遠供電的線(xiàn)損很大。

綜上這些問(wèn)題催生了5G站點(diǎn)電源的新特點(diǎn)：

• 多運營(yíng)商共享建站

• 室外柜或室外刀片站增加

• 升壓拉遠供電

• 鋰進(jìn)鉛退，鋰電代替鉛酸電池備電

• 站點(diǎn)控制智能化：溫控、精準備電等

在有存量站點(diǎn)的地方，采取多運營(yíng)商共享站點(diǎn)的方式，站點(diǎn)統一交給鐵塔公司管理，一個(gè)站點(diǎn)給多個(gè)運營(yíng)商設備供電，對于拉遠的5G設備，采取升壓供電的方式；而站址難獲取的地方，則通過(guò)室外柜或室外刀片電源就近供電。設備功耗激增導致備電需求也增加，采用功率密度更高的鋰電池備電可以減小占地面積。配合智能溫控降低站點(diǎn)功耗，同時(shí)精準智能的控制共享站點(diǎn)2/3/4/5G設備的下電順序，選擇最合理的方式備電，可以降低備電成本。

電源部分：

室內或室外柜中的嵌入式電源都是PSU形式，通常單個(gè)PSU的功率為3KW或4KW，根據負載需求按N+1冗余配置。PSU的典型架構如下圖所示：

AC-DC電源通常需要兩級拓撲：PFC+LLC，兩級拓撲分別需要閉環(huán)控制，所以通常會(huì )采用兩顆主控芯片，原邊的主控負責PFC電路，副邊主控負責LLC電路，兩顆主控芯片之間可以通過(guò)標準數字隔離器NSi81xx實(shí)現信息交互；LLC的驅動(dòng)通過(guò)隔離驅動(dòng)NSi6602DW或者數字隔離器NSi8120＋驅動(dòng)器的方式實(shí)現；原邊PFC電路一般選擇交錯無(wú)橋PFC電路，驅動(dòng)通過(guò)高壓半橋驅動(dòng)或者單管隔離驅動(dòng)NSi6601DW+單管非隔離驅動(dòng)實(shí)現；PSU對外接口一般選擇CAN通信，可以通過(guò)2通道數字隔離NSi8121N0+CAN收發(fā)器或隔離CAN芯片NSi1050實(shí)現。

刀片電源的主拓撲架構和PSU一樣，只不過(guò)增加了一些485的對外通信口和對外接口，如電池接口。另外刀片電源因為是自然散熱，內部板溫相對較高，不會(huì )用光耦這類(lèi)溫度范圍窄的器件，隔離都要用數字隔離器實(shí)現。

備電部分：

由于鋰電池在嚴重過(guò)充電狀態(tài)下存在爆炸的危險，因此，必須為鋰電池配備一套具有針對性的鋰電池管理系統BMS從而對電池組進(jìn)行有效的監控、保護、能量均衡和故障警報，進(jìn)而提高整個(gè)鋰電池工作效率和使用壽命。鋰電BMS系統架構如下圖所示：

電芯包采樣部分，大多數廠(chǎng)家會(huì )選擇成熟的AFE芯片來(lái)做電芯電壓采樣和均衡，基站備電的電芯數一般為16串，所以需要兩顆 AFE芯片，其中一顆AFE芯片需要通過(guò)NSi8100N來(lái)連接，如下圖所示：

也有一些BMS廠(chǎng)家覺(jué)得MCU自帶的ADC精度不高，用外置ADC來(lái)做電芯電壓采樣和外置電路的電壓均衡控制，ADC通過(guò)SPI信號與主控芯片連接，多于一顆的ADC通過(guò)標準數字隔離器NSi81xx來(lái)隔離SPI信號，電壓均衡控制可以用I2C通過(guò)NCA9555來(lái)控制均衡電路開(kāi)關(guān)。

基站電源解決方案

為了更清晰的了解基站二次電源架構，首先了解下AAU和RRU在內部架構上的差異，如下圖：

從兩張供電架構圖的對比可以看出，AAU由于功放通道數增加，功放功率和TRX的功率需求都有增加。為保證端到端轉換效率更高，RRU的TRX功率較小，所以一般選擇5.4V母線(xiàn)，而AAU的TRX功率較大，為減小線(xiàn)損，會(huì )選擇12V母線(xiàn)。正是由于以上差異，基站內部電源結構也發(fā)生了變化，如下圖所示：

可見(jiàn)，5G的基站電源會(huì )比4G更復雜，包含兩個(gè)獨立的DC-DC，給功放供電的DC-DC由于要滿(mǎn)足功放調壓需求且一般需要隔離，所以會(huì )采用兩級拓撲，一級BUCK或BUCKBOOST實(shí)現調壓，一級開(kāi)環(huán)全橋實(shí)現隔離。而給TRX供電的DC-DC一般采用閉環(huán)全橋的一級拓撲，直接實(shí)現12V輸出，這跟同樣需要12V輸出的BBU里面的電源是同樣的拓撲。

給功放供電的DC-DC電路拓撲架構如上圖所示，電路的主控一般采用數字控制芯片，由于全橋是開(kāi)環(huán)的，所以級電路的環(huán)路控制可以采最后的輸出電壓，這樣主控芯片可以將放在副邊，方便與上位機通信，以滿(mǎn)足功放調壓等需求。原邊部分電路的驅動(dòng)控制通過(guò)隔離驅動(dòng)或者數字隔離器＋驅動(dòng)器的方式實(shí)現，由于基站電源對體積要求很高，一般會(huì )選用LGA封裝的隔離驅動(dòng)NSi6602LA，而B(niǎo)BU這種體積要求不高的，則會(huì )選用兩通道數字隔離器NSi8120+驅動(dòng)器的方式，以方便靈活布局。此外，基站有上報輸入功率的需求，一般采用獨立的輸入功率檢測芯片檢測之后，經(jīng)I2C數字隔離器NSi8100NH上報給上位機。對于BBU這種插板式架構，還需要I2C熱插拔芯片NCA9511來(lái)保證板和板之間的信號傳輸質(zhì)量。

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