【導讀】新一代的移動通信網——5G網絡已成為廣大社會群眾的關注焦點。從目前全球頻譜分布來看，要想獲得更多的帶寬
，5G頻段高頻化成為必然趨勢
，而高頻化所帶來的覆蓋區域變小將導致5G時代全球站點數量倍增，站點能耗翻倍，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基站電源技術創新研討會”上
，納芯微市場總監張方文以《應對國產化需求的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、電源磚等隔離產品解決方案。本文將帶大家一起了解下這些解決方案。

由於5G的多天線陣列技術，發射接受通道從原來最多8路變成了32或64路
，為減小饋線損耗
，5G基站將RRU和天線集成為一起成為AAU，散熱從原來的雙麵散熱變成了單麵，而功耗卻顯著增加。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）兩個部分。

站點電源（AC-DC）電源解決方案

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

綜上這些問題催生了5G站點電源的新特點：

●    多運營商共享建站

●    室外櫃或室外刀片站增加

●    升壓拉遠供電

●    鋰進鉛退，鋰電代替鉛酸電池備電

●    站點控製智能化：溫控、精準備電等

在有存量站點的地方，采取多運營商共享站點的方式，站點統一交給鐵塔公司管理
，一個站點給多個運營商設備供電，對於拉遠的5G設備，采取升壓供電的方式
；而(er)站(zhan)址(zhi)難(nan)獲(huo)取(qu)的(de)地(di)方(fang)，則(ze)通(tong)過(guo)室(shi)外(wai)櫃(gui)或(huo)室(shi)外(wai)刀(dao)片(pian)電(dian)源(yuan)就(jiu)近(jin)供(gong)電(dian)。設(she)備(bei)功(gong)耗(hao)激(ji)增(zeng)導(dao)致(zhi)備(bei)電(dian)需(xu)求(qiu)也(ye)增(zeng)加(jia)
，采(cai)用(yong)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)更(geng)高(gao)的(de)鋰(li)電(dian)池(chi)備(bei)電(dian)可(ke)以(yi)減(jian)小(xiao)占(zhan)地(di)麵(mian)積(ji)。配(pei)合(he)智(zhi)能(neng)溫(wen)控(kong)降(jiang)低(di)站(zhan)點(dian)功(gong)耗(hao)，同(tong)時(shi)精(jing)準(zhun)智(zhi)能(neng)的(de)控(kong)製(zhi)共(gong)享(xiang)站(zhan)點(dian)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：

室內或室外櫃中的嵌入式電源都是PSU形式，通常單個PSU的功率為3KW或4KW，根據負載需求按N+1冗餘配置。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控製，所以通常會采用兩顆主控芯片，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標準數字隔離器NSi81xx實現信息交互
；LLC的驅動通過隔離驅動NSi6602DW或者數字隔離器NSi8120＋驅動器的方式實現；原邊PFC電路一般選擇交錯無橋PFC電路，驅動通過高壓半橋驅動或者單管隔離驅動NSi6601DW+單管非隔離驅動實現；PSU對外接口一般選擇CAN通信



，可以通過2通道數字隔離NSi8121N0+CAN收發器或隔離CAN芯片NSi1050實現。

刀片電源的主拓撲架構和PSU一樣，隻不過增加了一些485的(de)對(dui)外(wai)通(tong)信(xin)口(kou)和(he)對(dui)外(wai)接(jie)口(kou)，如(ru)電(dian)池(chi)接(jie)口(kou)。另(ling)外(wai)刀(dao)片(pian)電(dian)源(yuan)因(yin)為(wei)是(shi)自(zi)然(ran)散(san)熱(re)，內(nei)部(bu)板(ban)溫(wen)相(xiang)對(dui)較(jiao)高(gao)，不(bu)會(hui)用(yong)光(guang)耦(ou)這(zhe)類(lei)溫(wen)度(du)範(fan)圍(wei)窄(zhai)的(de)器(qi)件(jian)，隔(ge)離(li)都(dou)要(yao)用(yong)數(shu)字(zi)隔(ge)離(li)器(qi)實(shi)現(xian)。

備電部分：

由於鋰電池在嚴重過充電狀態下存在爆炸的危險
，因此，必須為鋰電池配備一套具有針對性的鋰電池管理係統BMS從而對電池組進行有效的監控
、保護、能量均衡和故障警報
，進而提高整個鋰電池工作效率和使用壽命。鋰電BMS係統架構如下圖所示：

電芯包采樣部分，大多數廠家會選擇成熟的AFE芯片來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NSi8100N來連接
，如下圖所示：

也有一些BMS廠家覺得MCU自帶的ADC精度不高，用外置ADC來做電芯電壓采樣和外置電路的電壓均衡控製

，ADC通過SPI信號與主控芯片連接，多於一顆的ADC通過標準數字隔離器NSi81xx來隔離SPI信號


，電壓均衡控製可以用I2C通過NCA9555來控製均衡電路開關。

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由於功放通道數增加，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最高，RRU的TRX功率較小
，所以一般選擇5.4V母線，而AAU的TRX功率較大
，為減小線損
，會選擇12V母線。正是由於以上差異，基站內部電源結構也發生了變化，如下圖所示：

可見
，5G的基站電源會比4G更複雜，包含兩個獨立的DC-DC，給功放供電的DC-DC由於要滿足功放調壓需求且一般需要隔離
，所以會采用兩級拓撲，一級BUCK或BUCKBOOST實現調壓，一級開環全橋實現隔離。而給TRX供電的DC-DC一般采用閉環全橋的一級拓撲，直接實現12V輸出，這跟同樣需要12V輸出的BBU裏麵的電源是同樣的拓撲。

給功放供電的DC-DC電(dian)路(lu)拓(tuo)撲(pu)架(jia)構(gou)如(ru)上(shang)圖(tu)所(suo)示(shi)，電(dian)路(lu)的(de)主(zhu)控(kong)一(yi)般(ban)采(cai)用(yong)數(shu)字(zi)控(kong)製(zhi)芯(xin)片(pian)，由(you)於(yu)全(quan)橋(qiao)是(shi)開(kai)環(huan)的(de)
，所(suo)以(yi)第(di)一(yi)級(ji)電(dian)路(lu)的(de)環(huan)路(lu)控(kong)製(zhi)可(ke)以(yi)采(cai)最(zui)後(hou)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)，這(zhe)樣(yang)主(zhu)控(kong)芯(xin)片(pian)可(ke)以(yi)將(jiang)放(fang)在(zai)副(fu)邊(bian)，方(fang)便(bian)與(yu)上(shang)位(wei)機(ji)通(tong)信(xin)，以(yi)滿(man)足(zu)功(gong)放(fang)調(tiao)壓(ya)等(deng)需(xu)求(qiu)。原(yuan)邊(bian)部(bu)分(fen)電(dian)路(lu)的(de)驅(qu)動(dong)控(kong)製(zhi)通(tong)過(guo)隔(ge)離(li)驅(qu)動(dong)或(huo)者(zhe)數(shu)字(zi)隔(ge)離(li)器(qi)＋驅動器的方式實現
，由於基站電源對體積要求很高，一般會選用LGA封裝的隔離驅動NSi6602LA
，而BBU這種體積要求不高的，則會選用兩通道數字隔離器NSi8120+驅動器的方式，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後，經I2C數字隔離器NSi8100NH上報給上位機。對於BBU這種插板式架構
，還需要I2C熱插拔芯片NCA9511來保證板和板之間的信號傳輸質量。

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