5G 小基站电源设计的建议

在 5G 时代，如何降低功耗是整个产业链都需要思考的问题。高效率、高功率密度、以及高频化将会是接下来业界持续关注的话题。在程文涛看来，在效率方面，对通信电源来说，当电源效率提升到一定程度之后，提高效率的任务就会落在射频端，射频端的效率提升一点点的好处将会大于电源部分效率的提升;高功率密度可以让设备的尺寸变得更小，会是业界持续关注的重点;高频化则需要依赖新材料来实现，包括碳化硅、氮化镓、磁性新材料等，因为只有主动器件和被动器件同时高频化，才能实现系统的高频化。

对5G 时代的电源设计工程师来说，新拓扑结构和新材料是必须要熟悉的，因为碳化硅、氮化镓等新材料器件出来的时间并不长，每个厂商推出的器件特性都是不一样的，不像硅器件特性大家都比较熟悉。因此，程文涛建议电源设计工程师，尽早熟悉新材料器件、高频化设计，开拓设计思路，以适应未来的电源设计工作。

对于宏基站，在一次电源和二次电源的优化方面，英飞凌的程文涛给出了一些建议。“在一次电源方面，我们看到一个很明显的趋势是要求高效率和高功率密度。现在电源的效率要达到 97%，甚至 98%的工作效率。”

要达到这个效率目标，程文涛认为一是需要用到新的拓扑结构，他举例说，ACDC 的拓扑结构将会从有桥 PFC，逐渐过渡到无桥 PFC，甚至图腾柱拓扑结构;二是必须采用新的材料，包括现在热门的碳化硅 MOSFET 和氮化镓 MOSFET;三是高频化，高频化可以提高功率密度，减小尺寸;四是贴片封装更受欢迎，SMD 封装成为了主流。

对于二次电源部分，新的拓扑结构并不多，更主要的是使用新材料和高频化器件。

图：5G 时代的宏站整流器

在小基站方面，程文涛认为 5G 时代的小基站跟宏基站有很大的区别，跟 4G 时代的微基站和微微基站也略有不同，“现在小基站，有的人也叫分布式基站，在 5G 时代，射频部分和天线部分，会越来越多地融合在一起，不像以前 RU 跟天线是分开的，这种紧凑型的设计，对电源的要求是不同的。”

图：小基站供电设备的主要特点

他认为主要会有以下一些变化：

一是需要使用耐压等级更高的器件。如果要做到更加紧凑，那么能够接受的 EMI 的元件数量就要变少，因为 EMI 元件一般都是很大。但是 EMI 元件对射频部分又非常关键，它除了担任电磁兼容部分的任务外，还需要负责输入部分的抗浪涌和雷击任务。“这就像一个跷跷板，如何平衡紧凑，与减少 EMI 器件后还能承受以前一样，甚至更高的抗浪涌和雷击压力。”程文涛也谈到了现在的一些应对措施，那就是使用耐压等级更高的器件。

二是需要采用新封装形式的器件。由于要做得更加紧凑，贴片器件会用得更多。而且由于小基站很多是部署在室外的，基本上不使用风扇，因为风扇的维护成本高，且折旧速度快，因此现在小基站基本都是无风扇设计。那如何才能适应室外的款温度变化呢，这就需要依靠设备的外壳帮助散热。程文涛指出，现在不少器件都采用了新的封装来帮助散热，比如顶层散热，或者双面散热的封装。

三是在二次电源里面，DCDC 部分会有一些新的技术出来，“例如以前大部分的 MOS 管都是漏极贴在 PCB 上的，现在有很多的器件是把源极设计在下面。源极朝下，配合漏极朝下的器件，做同步整流 Buck 的时候，在 EMI、效率、PCB layout 等方面都有非常大的优势。”程文涛表示。