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5G基建催生龐大電源需求,且看羅姆的應對之策

2020-01-17
來源:羅姆
關鍵詞: 5G 電源 羅姆

<圍繞5G基建的市場動向>

當下,正處于4G和5G的交接期,基站的建設格外引人關注。4G時代,中國三大運營商的運營頻段主要集中在900MHz和1.8GHz,而室外5G的頻譜規劃為3.4~3.6GHz和4.8~4.9GHz。按照衰減公式,頻率越大衰減越快。照此預計,中國三大運營商最終建設的5G基站數量將是4G時代的數倍。即使為了經濟效益最大化,三大運營商選擇4G+5G的混合信號覆蓋方式,新增的5G基站數量也將達到數百萬。

從結構而言,5G基站和4G基站并沒有差別,都是BBU設備、RRU設備和天線。其中,BBU設備負責基帶數字信號處理,RRU設備負責信號數模轉換、調制和PA放大,天線負責信號發射。不過,由于5G的核心組網和4G完全不同,因此4G基站對于5G網絡建設的幫助可以說是微乎其微,必須要重建。因此,中國三大運營商選擇SA(獨立組網)也是明智之舉。

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在5G基站重建和新建的過程中,改變的不僅僅是天線、BBU設備和RRU設備,配套資源也需要更新。這其中,電源換新是很重要的一步,包括基站電源和供電電源。5G基站供電系統主要包括UPS(Uninterruptable Power System,不間斷電源)和HVDC(High-Voltage Direct Current,高壓直流)。UPS需要對原有4G基站進行擴容,HVDC則需要新建。

隨著5G信號逐漸大規模覆蓋,大量5G基站的新建與重建以及4G基站的擴容已經逐步開工,這勢必會為電源市場帶來新的機會,對鋰電池、機房溫控設備、基礎元件的需求都將激增。

同時,不同的供電方式也對基礎元器件提出了不同的挑戰。對于基站電源和UPS而言,要求元器件具有更高的可靠性、保護性和可維護性;對于HVDC而言,元器件需要能夠承受高壓條件,同時也要符合HVDC供電的高效率和低運營成本。

作為全球知名半導體廠商,羅姆(ROHM)針對無線基站推出了多款解決方案,包括SiC功率元器件、MOSFET和DC/DC轉換器等,助力電信運營商及設備生產商更好地完成4G到5G的平穩升級。

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羅姆面向基站的解決方案示意圖

本文將介紹在面向基站的上述解決方案中的重點產品。

<針對UPS供電的電源IC>

羅姆針對UPS供電方式(①),提供外置FET的升降壓開關控制器“BD9035AEFV-C”、1ch同步降壓型DC/DC轉換器“BD9B304QWZ”以及“BD9F800MUX”。

首先,升降壓開關控制器“BD9035AEFV-C”的主要特性如下:

·升降壓自動控制

·高精度開關頻率:±7%(Ta = -40~+125℃)

·PLL同步頻率:100k~600kHz

·采用單個外置電阻的雙杠桿過流保護

·搭載UVP、OVP、UVLO、TSD保護功能

·恒定輸出監視器引腳(PGOOD)

·符合AEC-Q100

BD9035AEFV-C的輸入電壓范圍為3.8V~30V,開關頻率在100kHz~600kHz,能夠在-40℃~+125℃工作溫度范圍內穩定運轉。這些優質特性讓其不僅能夠用于基站建設,還能夠應用于汽車設備、工業設備和其他電子設備。

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BD9035AEFV-C應用電路

其次,1ch同步整流降壓轉換器“BD9F800MUX”的主要特點如下:

·內置低導通阻抗功率MOSFET的1ch同步降壓轉換器

·導通時間恒定的控制方式可提供快速的瞬態響應,無需外部補償回路

·寬輸入電壓范圍:4.5V~28V

·非常適用于12V系統電源

·絕對最大額定電源電壓:30V(VIN)

·搭載過流保護、短路保護、過溫保護、欠壓保護等完善的保護電路

BD9F800MUX輸入電壓范圍為4.5V~28V,開關頻率在300kHz或600kHz,最大輸出電流為8.0A,封裝尺寸為3.5mm×3.5mm×0.6mm。在基站建設方面,可用于DSP、FPGA、微處理器等的降壓電源。此外,也可用于液晶電視、DVD /藍光播放器、錄像機、機頂盒等消費電子設備。

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BD9F800MUX應用電路

第三,1ch同步整流降壓DC/DC轉換器BD9B304QWZ的主要特點如下:

·內置低導通阻抗功率MOSFET

·輸入電壓范圍:2.7 V~5.5V

·輸出電壓范圍:0.8V~VIN × 0.8V

·參考電壓:0.8V±1.0%

·開關頻率:1MHz/2MHz

·輸出電流:3A

BD9B304QWZ的主要優點是通過高效率實現低功耗工作。Deep-SLLM控制(升級版低負荷高效率模式)可實現80%以上的效率。同時,BD9B304QWZ是內置MOSFET的同步整流器,無需外部FET和二極管,節省安裝空間,實現了低成本。

基于上述各自的優點,BD9B304QWZ和BD9F800MUX雖然特性各不相同,但是應用范圍基本相同,可用于基站建設中DSP、FPGA、微處理器等的降壓電源,也可用于液晶電視、DVD /藍光播放器、錄像機、機頂盒等消費電子設備。

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BD9B304QWZ應用電路 

<針對HVDC供電的電源IC>

針對HVDC供電方式(②),羅姆提供80V/3A DC/DC 轉換器“BD9G341AEFJ-LB”等產品。

“BD9G341AEFJ-LB”的主要特點如下:

·推薦輸入電壓:12~76V

·基準電壓精度:±1.5%(25℃)

·開關頻率:50k至750kHz(典型值)

·最大輸出電流:3.0A(Max)

·最小過電流檢測閾值:3.5A(min)@Tj=150℃

·最大結點溫度:Tjmax=150℃

BD9G341AEFJ-LB內置80V/3.5A/150mΩ的Nch功率MOSFET,采用電流模式控制,實現了高速瞬態響應和簡便的相位補償設定。除了內置過流保護、欠壓鎖定、過熱保護、過壓保護等這些基本保護功能外,還能實現了0μA待機電流和軟啟動。相比一般產品,BD9G341AEFJ-LB實現了諸多方面的突破,包括更高的工作電壓、更大的工作電流和更小的封裝尺寸等。在300kHz、Vo=5V、VCC=24V的工作條件下,當輸出電流在0~100mA范圍時,BD9G341AEFJ-LB相較于一般產品在能效上提高了8%-17.6%。

為了滿足未來包括基站電源在內的龐大的市場需求,羅姆將在DC/DC轉換器方面繼續開發相關產品。

<為5G基站帶來革新的SiC功率元器件>

當然,除了供電方式發生變化,5G基站建設對器件材料變革也有推動作用。由于高頻、高溫、抗輻射以及大功率等挑戰,以SiC功率元器件(③)為首的高性能半導體材料將在5G建設上有重要應用。為了幫助客戶更好地應對5G基站建設過程中的上述挑戰,羅姆已經推出第三代碳化硅材料的肖特基勢壘二極管(SiC-SBD)。

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羅姆SiC-SBD產品開發示意圖

相較于第二代產品,第三代擁有更好的正向電壓(VF)特性和更好的反向電流(IR)特性。

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正向電壓(VF)特性                  反向電流(IR)特性

得益于羅姆第三代SiC-SBD更好的VF和IR特性,客戶在設計產品的過程中可以采用更低的開啟電壓,在正向切為反向時,為了降低功耗,器件將產生更小的瞬態電流。但是,因為SiC-SBD的瞬態電流本質上不隨正向電流變化,恢復時產生的恢復電流很小,降低了系統噪聲。

相比一般產品,第三代 650V SiC-SBD表現出更好的產品性能,包括實現更高的IFSM,更低的漏電流,以及進一步降低VF等。

目前,羅姆在650V SiC-SBD方面擁有豐富的產品組合。

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羅姆650V SiC-SBD產品陣容

面對5G基站建設多樣化的需求和復雜的應用環境所帶來的挑戰,羅姆將持續保證所供應電源器件的穩定性和耐久性,助力運營商和設備廠商完成高速穩定的網絡覆蓋。當然,除了我們熟知的電源器件,羅姆還供應電流傳感器和LVDS接收器等其他元器件,了解更多器件,請登錄羅姆官網查看詳情。

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