在 5G 時代,如何降低功耗是整個產業(yè)鏈都需要思考的問題。高效率、高功率密度、以及高頻化將會是接下來業(yè)界持續(xù)關注的話題。在程文濤看來,在效率方面,對通信電源來說,當電源效率提升到一定程度之后,提高效率的任務就會落在射頻端,射頻端的效率提升一點點的好處將會大于電源部分效率的提升;高功率密度可以讓設備的尺寸變得更小,會是業(yè)界持續(xù)關注的重點;高頻化則需要依賴新材料來實現,包括碳化硅、氮化鎵、磁性新材料等,因為只有主動器件和被動器件同時高頻化,才能實現系統(tǒng)的高頻化。
對5G 時代的電源設計工程師來說,新拓撲結構和新材料是必須要熟悉的,因為碳化硅、氮化鎵等新材料器件出來的時間并不長,每個廠商推出的器件特性都是不一樣的,不像硅器件特性大家都比較熟悉。因此,程文濤建議電源設計工程師,盡早熟悉新材料器件、高頻化設計,開拓設計思路,以適應未來的電源設計工作。
對于宏基站,在一次電源和二次電源的優(yōu)化方面,英飛凌的程文濤給出了一些建議?!霸谝淮坞娫捶矫?,我們看到一個很明顯的趨勢是要求高效率和高功率密度?,F在電源的效率要達到 97%,甚至 98%的工作效率?!?
要達到這個效率目標,程文濤認為一是需要用到新的拓撲結構,他舉例說,ACDC 的拓撲結構將會從有橋 PFC,逐漸過渡到無橋 PFC,甚至圖騰柱拓撲結構;二是必須采用新的材料,包括現在熱門的碳化硅 MOSFET 和氮化鎵 MOSFET;三是高頻化,高頻化可以提高功率密度,減小尺寸;四是貼片封裝更受歡迎,SMD 封裝成為了主流。
對于二次電源部分,新的拓撲結構并不多,更主要的是使用新材料和高頻化器件。
圖:5G 時代的宏站整流器
在小基站方面,程文濤認為 5G 時代的小基站跟宏基站有很大的區(qū)別,跟 4G 時代的微基站和微微基站也略有不同,“現在小基站,有的人也叫分布式基站,在 5G 時代,射頻部分和天線部分,會越來越多地融合在一起,不像以前 RU 跟天線是分開的,這種緊湊型的設計,對電源的要求是不同的。”
圖:小基站供電設備的主要特點
他認為主要會有以下一些變化:
一是需要使用耐壓等級更高的器件。如果要做到更加緊湊,那么能夠接受的 EMI 的元件數量就要變少,因為 EMI 元件一般都是很大。但是 EMI 元件對射頻部分又非常關鍵,它除了擔任電磁兼容部分的任務外,還需要負責輸入部分的抗浪涌和雷擊任務?!斑@就像一個蹺蹺板,如何平衡緊湊,與減少 EMI 器件后還能承受以前一樣,甚至更高的抗浪涌和雷擊壓力?!背涛臐舱劦搅爽F在的一些應對措施,那就是使用耐壓等級更高的器件。
二是需要采用新封裝形式的器件。由于要做得更加緊湊,貼片器件會用得更多。而且由于小基站很多是部署在室外的,基本上不使用風扇,因為風扇的維護成本高,且折舊速度快,因此現在小基站基本都是無風扇設計。那如何才能適應室外的款溫度變化呢,這就需要依靠設備的外殼幫助散熱。程文濤指出,現在不少器件都采用了新的封裝來幫助散熱,比如頂層散熱,或者雙面散熱的封裝。
三是在二次電源里面,DCDC 部分會有一些新的技術出來,“例如以前大部分的 MOS 管都是漏極貼在 PCB 上的,現在有很多的器件是把源極設計在下面。源極朝下,配合漏極朝下的器件,做同步整流 Buck 的時候,在 EMI、效率、PCB layout 等方面都有非常大的優(yōu)勢?!背涛臐硎?。