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5G基建催生庞大电源需求,且看罗姆的应对之策

2020-01-17
来源:罗姆
关键词: 5G 电源 罗姆

<围绕5G基建的市场动向>

当下,正处于4G和5G的交接期,基站的建设格外引人关注。4G时代,中国三大运营商的运营频段主要集中在900MHz和1.8GHz,而室外5G的频谱规划为3.4~3.6GHz和4.8~4.9GHz。按照衰减公式,频率越大衰减越快。照此预计,中国三大运营商最终建设的5G基站数量将是4G时代的数倍。即使为了经济效益最大化,三大运营商选择4G+5G的混合信号覆盖方式,新增的5G基站数量也将达到数百万。

从结构而言,5G基站和4G基站并没有差别,都是BBU设备、RRU设备和天线。其中,BBU设备负责基带数字信号处理,RRU设备负责信号数模转换、调制和PA放大,天线负责信号发射。不过,由于5G的核心组网和4G完全不同,因此4G基站对于5G网络建设的帮助可以说是微乎其微,必须要重建。因此,中国三大运营商选择SA(独立组网)也是明智之举。

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在5G基站重建和新建的过程中,改变的不仅仅是天线、BBU设备和RRU设备,配套资源也需要更新。这其中,电源换新是很重要的一步,包括基站电源和供电电源。5G基站供电系统主要包括UPS(Uninterruptable Power System,不间断电源)和HVDC(High-Voltage Direct Current,高压直流)。UPS需要对原有4G基站进行扩容,HVDC则需要新建。

随着5G信号逐渐大规模覆盖,大量5G基站的新建与重建以及4G基站的扩容已经逐步开工,这势必会为电源市场带来新的机会,对锂电池、机房温控设备、基础元件的需求都将激增。

同时,不同的供电方式也对基础元器件提出了不同的挑战。对于基站电源和UPS而言,要求元器件具有更高的可靠性、保护性和可维护性;对于HVDC而言,元器件需要能够承受高压条件,同时也要符合HVDC供电的高效率和低运营成本。

作为全球知名半导体厂商,罗姆(ROHM)针对无线基站推出了多款解决方案,包括SiC功率元器件、MOSFET和DC/DC转换器等,助力电信运营商及设备生产商更好地完成4G到5G的平稳升级。

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罗姆面向基站的解决方案示意图

本文将介绍在面向基站的上述解决方案中的重点产品。

<针对UPS供电的电源IC>

罗姆针对UPS供电方式(①),提供外置FET的升降压开关控制器“BD9035AEFV-C”、1ch同步降压型DC/DC转换器“BD9B304QWZ”以及“BD9F800MUX”。

首先,升降压开关控制器“BD9035AEFV-C”的主要特性如下:

·升降压自动控制

·高精度开关频率:±7%(Ta = -40~+125℃)

·PLL同步频率:100k~600kHz

·采用单个外置电阻的双杠杆过流保护

·搭载UVP、OVP、UVLO、TSD保护功能

·恒定输出监视器引脚(PGOOD)

·符合AEC-Q100

BD9035AEFV-C的输入电压范围为3.8V~30V,开关频率在100kHz~600kHz,能够在-40℃~+125℃工作温度范围内稳定运转。这些优质特性让其不仅能够用于基站建设,还能够应用于汽车设备、工业设备和其他电子设备。

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BD9035AEFV-C应用电路

其次,1ch同步整流降压转换器“BD9F800MUX”的主要特点如下:

·内置低导通阻抗功率MOSFET的1ch同步降压转换器

·导通时间恒定的控制方式可提供快速的瞬态响应,无需外部补偿回路

·宽输入电压范围:4.5V~28V

·非常适用于12V系统电源

·绝对最大额定电源电压:30V(VIN)

·搭载过流保护、短路保护、过温保护、欠压保护等完善的保护电路

BD9F800MUX输入电压范围为4.5V~28V,开关频率在300kHz或600kHz,最大输出电流为8.0A,封装尺寸为3.5mm×3.5mm×0.6mm。在基站建设方面,可用于DSP、FPGA、微处理器等的降压电源。此外,也可用于液晶电视、DVD /蓝光播放器、录像机、机顶盒等消费电子设备。

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BD9F800MUX应用电路

第三,1ch同步整流降压DC/DC转换器BD9B304QWZ的主要特点如下:

·内置低导通阻抗功率MOSFET

·输入电压范围:2.7 V~5.5V

·输出电压范围:0.8V~VIN × 0.8V

·参考电压:0.8V±1.0%

·开关频率:1MHz/2MHz

·输出电流:3A

BD9B304QWZ的主要优点是通过高效率实现低功耗工作。Deep-SLLM控制(升级版低负荷高效率模式)可实现80%以上的效率。同时,BD9B304QWZ是内置MOSFET的同步整流器,无需外部FET和二极管,节省安装空间,实现了低成本。

基于上述各自的优点,BD9B304QWZ和BD9F800MUX虽然特性各不相同,但是应用范围基本相同,可用于基站建设中DSP、FPGA、微处理器等的降压电源,也可用于液晶电视、DVD /蓝光播放器、录像机、机顶盒等消费电子设备。

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BD9B304QWZ应用电路 

<针对HVDC供电的电源IC>

针对HVDC供电方式(②),罗姆提供80V/3A DC/DC 转换器“BD9G341AEFJ-LB”等产品。

“BD9G341AEFJ-LB”的主要特点如下:

·推荐输入电压:12~76V

·基准电压精度:±1.5%(25℃)

·开关频率:50k至750kHz(典型值)

·最大输出电流:3.0A(Max)

·最小过电流检测阈值:3.5A(min)@Tj=150℃

·最大结点温度:Tjmax=150℃

BD9G341AEFJ-LB内置80V/3。5A/150mΩ的Nch功率MOSFET,采用电流模式控制,实现了高速瞬态响应和简便的相位补偿设定。除了内置过流保护、欠压锁定、过热保护、过压保护等这些基本保护功能外,还能实现了0µA待机电流和软启动。相比一般产品,BD9G341AEFJ-LB实现了诸多方面的突破,包括更高的工作电压、更大的工作电流和更小的封装尺寸等。在300kHz、Vo=5V、VCC=24V的工作条件下,当输出电流在0~100mA范围时,BD9G341AEFJ-LB相较于一般产品在能效上提高了8%-17。6%。

为了满足未来包括基站电源在内的庞大的市场需求,罗姆将在DC/DC转换器方面继续开发相关产品。

<为5G基站带来革新的SiC功率元器件>

当然,除了供电方式发生变化,5G基站建设对器件材料变革也有推动作用。由于高频、高温、抗辐射以及大功率等挑战,以SiC功率元器件(③)为首的高性能半导体材料将在5G建设上有重要应用。为了帮助客户更好地应对5G基站建设过程中的上述挑战,罗姆已经推出第三代碳化硅材料的肖特基势垒二极管(SiC-SBD)。

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罗姆SiC-SBD产品开发示意图

相较于第二代产品,第三代拥有更好的正向电压(VF)特性和更好的反向电流(IR)特性。

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正向电压(VF)特性                  反向电流(IR)特性

得益于罗姆第三代SiC-SBD更好的VF和IR特性,客户在设计产品的过程中可以采用更低的开启电压,在正向切为反向时,为了降低功耗,器件将产生更小的瞬态电流。但是,因为SiC-SBD的瞬态电流本质上不随正向电流变化,恢复时产生的恢复电流很小,降低了系统噪声。

相比一般产品,第三代 650V SiC-SBD表现出更好的产品性能,包括实现更高的IFSM,更低的漏电流,以及进一步降低VF等。

目前,罗姆在650V SiC-SBD方面拥有丰富的产品组合。

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罗姆650V SiC-SBD产品阵容

面对5G基站建设多样化的需求和复杂的应用环境所带来的挑战,罗姆将持续保证所供应电源器件的稳定性和耐久性,助力运营商和设备厂商完成高速稳定的网络覆盖。当然,除了我们熟知的电源器件,罗姆还供应电流传感器和LVDS接收器等其他元器件,了解更多器件,请登录罗姆官网查看详情。

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