数字电源解决方案优化基站运行

基站电源设计必须在尺寸、效率和性能之间进行权衡。基于数字遥测的新电源解决方案简单、灵活且可扩展。围绕MAX15301负载点（POL）控制器设计的基站系统将更加集成和灵活。

基站电源工程师会遇到许多设计挑战。无线运营商希望它们能够降低功耗并减小尺寸。他们还被要求最大限度地降低执行排序、监控、裕量和许多其他任务的子系统的复杂性。为了优化应用要求，他们必须做出多项权衡，包括电源转换效率与尺寸以及性能复杂性与成本。本文将介绍高度集成的新型电源解决方案如何提供灵活性和优化的性能，以简化这些设计挑战。

提高效率

运行基站的能源成本对无线运营商来说非常重要，这使得对更高效的电源解决方案的需求对于降低运营费用非常重要。此外，功耗的降低将降低功耗，因此操作员可以在无线电单元中使用较小的散热器。反过来，较小的散热器可以允许实现较小的单元。最后，由于这些无线电单元通常安装在建筑物的杆子或侧面，因此减少整体占地面积可以最大限度地减少所涉及的机械应力。

基站的基带单元提供快速信号处理功能，以处理网络上的大量数据和语音流量。基带单元需要高电流和多个电压轨，电流可能超过60A，因此需要多相电源解决方案，并且通常需要遥测。

通过电源转换提高效率的技术包括最小化导通、开关和反向恢复损耗。通过选择低导通电阻（R上） 场效应管。更高的栅极驱动还可以进一步降低导通电阻（RRDSON).使用较高开关电压的代价是增加开关损耗。尽管如此，能够设置栅极驱动是非常可取的。对于更高的电流，高栅极驱动电压可降低传导损耗;对于轻负载操作，可以降低栅极驱动电压。自动选择过程优化了导通和开关损耗之间的权衡，从而实现了更好的基站设计。

MAX15301数字负载点（POL）控制器采用先进的算法，在整个工作条件下实现最高水平的效率和瞬态响应。它包括一个用于外部 MOSFET 的高级、高效率、自适应栅极驱动器。通过不断适应负载、电压和电流的变化，它可以优化效率。

简化电源复杂性并提高系统可靠性

如果可以监视系统操作参数，则可以更好地管理系统性能。更好的系统管理总是能提高系统的可靠性。

如上所述，基带单元必须具有强大的信号处理能力，以处理大量数据和语音流量。在上电/关断期间，必须正确排序多个高电流和低电流电压。在整个基带操作期间，必须监控电流和温度，以确保系统在容差范围内运行，并提供警告或故障信号。最后，遥测和先进的故障管理功能使基站能够实现高可靠性。使用模拟方法时，需要多个器件来实现这些功能，并且需要电源管理器。然而，数字化方法降低了设计复杂性，并降低了对独立电源管理器的需求。（请参阅图 1。

基站电源管理任务通常需要一个非常复杂的电源管理控制器和每个功能的多个分立元件。整体电路板空间和设计复杂性也相应增加。基站设计也在极端温度下工作，因此设计必须在很宽的工作温度范围内保持稳健。对于传统的模拟电源解决方案，补偿设置在一个独特的工作条件下，必须满足较宽的工作范围。同时，电感器和电容器等无源元件的变化使得电源补偿更具挑战性。

还有一种替代方法，一种基于数字架构方法的系统。在数字架构中，可以实现自动补偿的能力，并有利于优化带宽。更高的带宽可改善负载瞬态响应，从而改善容差或消除输出电容以改善解决方案尺寸。此外，无源元件可以随温度变化，但自动补偿可以适应这些变化的条件。这提供了在整个温度范围内进行优化的能力。

图1.采用模拟（左）和数字方法（右）的系统设计。数字方法集成了每个DC-DC转换器的电源管理器。结果是一个灵活且可扩展的系统。数字遥测可以持续监控系统组件，以确保优化基站性能。

Maxim InTune™产品（如MAX15301）解决了这些电源管理挑战。它们可以轻松实现高性能 DC-DC 电源设计，这些设计需要更少的滤波器电容并具有更高的效率。这种数字电源技术基于“状态空间”或“模型预测”控制，而不是大多数数字控制器的典型比例积分微分（PID）控制。MAX15301中的自动补偿程序基于测量参数，可以构建电源的内部数学模型，包括外部元件。结果是开关电源在保证稳定性的同时实现了尽可能高的动态性能。该技术还支持多种专有算法，可在各种操作条件下优化效率。

减少电路板空间

减少无线电单元中的电路板空间很重要，因为天线可能安装在建筑物、塔或杆上，其重量会成为问题。对于基带单元，更大、更强大的数字处理器需要更多的空间，因此，减小电路板尺寸更具挑战性。

集成式 MOSFET 解决方案提供更小的 POL 功率外形尺寸。当功率水平较低时，这种方法是可以接受的，但对于更高电流的设计，这种方法变得更具挑战性。集成 MOSFET 的器件针对特定工作条件下的效率进行了优化。基于控制器的解决方案为优化提供了一定的灵活性，因为您可以针对每种特定条件优化MOSFET的选择。它还允许更多的热量在电路板上传播，以进行热管理。这里明显的权衡是需要更多的电路板空间。

同时，基带单元中的电流可能高达每轨60A，需要多相电源解决方案。这些更高功率轨的无源元件（在本例中为输出电容）的数量会增加，以满足瞬态要求。MAX15301可配置为独立或多相方案工作。

不过，MAX15301数字控制器具有专有的自动调谐功能，可简化设计。现在，用户不需要工程师来补偿电源，并且可以确保最佳补偿。遥测的集成还减少了对外部IC的需求，从而实现了更密集的设计。

总结

基站电源设计必须在尺寸、效率和性能之间进行权衡。基于数字遥测的新电源解决方案简单、灵活且可扩展。围绕MAX15301设计的基站系统将更加集成和灵活。通过持续的组件监控，可以优化整体性能并提高可靠性。最后，数字遥测使权衡挑战变得更加简单。

审核编辑：郭婷