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NS高电压方案优化电信设备电源管理设计

发布时间:2020-08-13 发布时间:
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  与世界通信市场一片低迷不同,中国通信市场从放缓的趋势中复苏过来,诸如PHS、ADSL、CDMA、CO-equipment等新业务的广泛开展使通信设备供应商获得了可观的收益,并找到了新的利润增长点,这也将刺激通信市场继续保持良好的增长势头。

美国国家半导体电源管理产品部策略市场经理 Donald Ashley

  在这个发展潜力巨大的电信市场中,电源模块扮演了一个重要的角色。根据专门研究电源管理产品市场的著名市场调查公司 Darnell Group 估计,通信设备电源管理产品的全球销售额将由 2003 年的 44 亿美元上升至 2008 年的 58 亿美元,复式年增长率高达 5.5%。以单位销量计,估计同期内的复式增长可达 11.2% 。而中国,电源模块的业务平均每年也有10-15亿人民币,年增长率达20-30%,主要应用于电信交换机产品、铁路、GSM/CDMA基站及数字用户线接入复用器(DSLAM)等等。加之中国政府锐意改善中国电信基础设施及推动3G与光网络的发展,电信电源的需求绝不可低估。

  在技术上,通信市场的强劲增长也迫使通信设备供应商进行更多的技术创新,这自然也对通信电源管理系统提出了新的要求。最明显的例子就是电信 OEM 正在它们的卡上集成更多的端口,以前那些 10 兆位或 100 兆位的卡已不能满足客户的需求,目前的需求已经高达千兆位,并正在向 10 千兆位发展。带宽的增加和芯片密度的提高将导致整体设备的最大电流 (current draw) 升高,同时卡上每个芯片可能会由于线路几何尺寸的缩小而使用更低的电压。最终会出现在一个箱体中有多达五种不同的电压。

  在迎接这种挑战的过程中,美国国家半导体积极回应市场需要,推出了 LM5000 系列的电源管理解决方案。这系列最适用于通信设备、工业器材及汽车电子系统的高压电源供应器。

  美国国家半导体电源管理产品业务部策略市场营销经理 Donald Ashley表示:“由于新一代的产品不断推陈出新,对功率转换的要求也越来越严格,美国国家半导体于是推出这系列全新的高压电源管理产品,以满足各大厂商客户这方面的要求。LM5000 系列芯片是一个功能齐备的电源管理系统解决方案,不但稳定可靠、性能卓越,而且极具成本效益,最适合系统设计工程师用来开发新一代的系统。由于 LM5000 系列芯片获得客户的高度评价,因此我们有信心这系列产品也将成为中国通信市场高压系统的首选电源管理解决方案。”

  美国国家半导体的 LM5000 系列芯片采用最新的 100 伏高压模拟双极(Bipolar)/CMOS/DMOS 工艺技术 (ABCD150-HV) 制造,因此所有必要的逻辑电路、稳压功能、高精度模拟电路、驱动器以及电源开关都可集成在一颗管芯之内。这系列芯片也充分利用美国国家半导体的先进封装技术,因此可以采用散热能力较高的表面贴装 LLP 封装,成为全球最小的 100 伏功率转换芯片。

  广受赞喻的电源控制LM5000系列,包括完全集成式稳压器、PWM控制器(隔离交换器)、高性能推动器及高压热交换控制器。

  在完全集成式稳压器中有LM5000、LM5007及LM5008。LM5000 芯片是一款全面集成的电流模式、脉冲宽度调制 (PWM) 直流/直流稳压器,可在 3.1 伏至 40 伏之间的宽阔输入电压范围内操作。这款芯片内置80 伏供电电压的 DMOS 晶体管,其额定峰值高达2A,而通道电阻则只有200mΩ;且备有不同的操作频率供选择,由300 kHz、600 kHz、700 kHz 至高达 1.25 MHz。预计越来越多通信、汽车、网络、工业及采用电池供电的应用方案将会采用 LM5000 这类高密度、高效率的功率转换解决方案。

  另一款完全集成式稳压器LM5007芯片,是业内最小型的高压降压偏压开并稳压器芯片。它可降低主电源供应器高达 75 伏的高压,然后为次级控制电源供应器提供低至 10 伏的偏压供电 (典型值)。这款稳压器芯片具备高压电源供应器所需的一切功能,内含额定峰值电流为  0.7 A 的 80 伏 N 通道功率金属氧化半导体场效应晶体管 (power MOSFET),可在高达 500 kHz 的高频下进行开关操作,使偏压电源供应器可以采用较小型的输出滤波器,确保可连续输出高达 0.5 A 的负载电流,这样不但可以将占用的印刷电路板板面空间减至最小,而且也可提高系统的效率及成本效益。因此适用于通信系统、汽车电子系统及工业用电源供应器等理想的应用解决方案。

  LM5008 芯片采用美国国家半导体最先进的 100伏模拟 BiCMOS-DMOS 集成电路 (ABCDXV-2) 工艺技术制造,是LM5007 80 V 降压偏压稳压器的升级版产品,其电压范围比LM5007有进一步的扩大。这款芯片最适用于 48伏的功率转换器、电信设备、汽车电子系统、以及采用电池供电的电子产品。

  而PWM控制器方面,有LM5020、LM5030、LM5033及LM5041。LM5030 芯片是全球首款 100 伏高频电流模式的直流/直流控制器。这款脉冲宽度调制控制器具备独特的功能,可支持先进推拉及桥接电路布局。LM5030芯片设有100伏的内部启动稳压器,并采用散热能力更高的CSP封装。最适用于中央交换器、数字用户线路 (DSL) 存取多路转换器、高用量系统以及 48 伏配电系统等通信设备。而LM5033的特点是具有高度的灵活性,不但可以单独用于推拉式总线转换器,也可与一或两颗美国国家半导体的 LM5100 驱动器搭配一起,以便用于半桥接或全面桥接的转换器之中。LM5041芯片则是具有可定时编程功能的 100 伏级联控制器/驱动器芯片组。

  在高性能驱动器方面,美国国家半导体的LM5112 芯片能以极高的速度操作,延迟时间也极短,而且可以输出极高的峰值电流。这款芯片采用美国国家半导体的高压模拟双极 CMOS-DMOS (ABCD) 技术制造,其复合式输出驱动级内含金属氧化半导体 (MOS) 及双极晶体管,而且两者可以并行操作。由于 LM5112 芯片采用这样独特的组合,因此可以从电容负载方面汇集超过 7A 的峰值电流,并且以高达 1MHz 的频率驱动较大的功率 MOSFET。如此独特的复合式驱动级有一个很重要的优点,那就是操作时性能更为可靠,因为即使供电电压及温度出现波动,复合式驱动级可以减低这些波动所产生的影响,有助保持驱动电流的稳定性。LM5112 芯片可与美国国家半导体的 LM5000 系列脉冲宽度调制控制器及 LM510x 系列半桥式驱动器集成一起,成为设计高性能直流/直流转换器的理想芯片组。

  另一款LM5111 芯片设有两个可输出足 5A 峰值电流的驱动器,而且由于采用 SOIC-8 封装,因此可以直接取替许多旧式的 CMOS 门极驱动解决方案。LM5111 芯片的峰值输出电流高达 5A,比旧式技术只能输出 2A 峰值电流优胜,而且效率也比旧式技术高。虽然 LM5111 是双通道的芯片而 LM5112 则是单通道的芯片,但两者都采用同一的先进复合式驱动技术及负极输出门极驱动技术。在正常操作情况下,LM5111 的两条 5A 峰值电流驱动通道均各自独立,但若有需要,这两条通道可与输入及输出端并行连接,将峰值输出驱动电流提高一倍至 10A,以便能够以极高的效率及高达 1MHz 的速度驱动极大的功率 MOSFET。LM5111 芯片分别有三种不同的型号可供选择,这三个型号都可各自接收三种不同的输入信号。换言之,厂商客户可以选择非反相信号通道、反相信号通道或两种信号都可同样接收的通道。

  美国国家半导体的亚太区电源管理产品市场经理刘振成总结指出:“美国国家半导体面对中国这个庞大的电信电源市场,所提供的并非只是某一电源器件,而是一站式的电源解决方案,加之我们具有各种知识产权、工艺技术及丰富的模拟技术经验,必然能帮助国内的电信设备供应商满足市场需求。”

 



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