分布式基站DBS电源硬件详细设计报告

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1、分布式基站DBS电源硬件详细设计报告（仅供内部使用）关键词5摘要5缩略语清单5参考文献、引用标准及规范5参考资料清单61. 概述72. DBS电源设计方案72.1 DBS电源设计方案一72.1.1. DBS电源设计方案一产品主要性能参数和规格说明82.1.2. DBS电源设计方案一的引用标准及规范82.1.3. DBS电源设计方案一的环境条件92.1.4. DBS电源设计方案一的电气特性92.1.5. DBS电源设计方案一的安规特性102.1.6. DBS电源设计方案一的机械特性112.2 .DBS电源设计方案二122.2.1 DBS电源设计方案二AC-D C电源模块单元的产品说明及相关的技术

2、参数设计 132.2.2 DBS电源设计方案二的5.7V,和3.3电源设计162.2.3. DBS电源设计方案二的-5 V电源设计212.2.4. DBS电源设计方案二关键器件型号223. DBS电源的电源防雷系统设计234. DBS电源模块测试报告254.1. 测试背景254.2. 测试环境和仪器254.3. 电源模块实际测试数据记录254.3.1. 室温下艾默生电源测试结果254.3.2. 室温中核达中远通电源测试结果274.4关于核达中远通电源和艾默生电源模块的讨论和分析295. 附件305.1原理图315.2PCB 图315.3详细物料清单315.4PCB板工艺、结构审查报告316.

3、DBS电源硬件设计评审记录317. DBS电源（基于中远通核达方案）硬件设计评审的讨论问题答复和解决方法31表格1：参考资料清单6表格2：DBS电源方案一产品主要性能参数和规格说明8表格3:DBS电源设计方案一的环境条件9表格4：DBS电源设计方案一的电气特性9表格5：DBS电源设计方案一的安规特性10表格6：DBS电源设计方案二AC-D C电源模块的环境条件13表格7：DBS电源设计方案二AC-DC电源模块的机械结构规格需求13表格8：DBS电源设计方案二AC-D C电源模块正常工作时模块的输入特征15表格9：DBS电源设计方案二AC-D C电源模块正常工作时模块的电气性能指标 15表格10

4、：DBS电源设计方案二AC-D C电源模块输出保护15表格11：DBS电源设计方案二AC-D C电源模块其他功能说明16表格12：DBS电源设计方案二AC-D C电源模块安规特性16表格13：LTC3707工作模式选择20表格14：LTC3704工作模式选择22表格15：艾默生电源输出与输入电压测试25表格16：艾默生电源耐压测试25表格17艾默生电源电流变化率测试27表格18室温中核达中远通电源电流变化率测试27表格19室温中核达中远通电源耐压测试27表格20核达中远通电源电流变化率测试29表格21核达中远通电源和艾默生电源性能比较29图1： DBS电源设计方案一的机械特性示意图11图2：

5、DBS电源设计方案一输入和输出端子示意图11图3 方案二设计结构框图12图4： DBS电源设计方案二爱默生AC-DC电源模块输入输出接口定义15图5：LTC3707的DC-DC转换芯片应用18图6： LTC3707的D C-D C转换芯片电特性参数18图7： LTC3707主控制环路原理图19图8： LTC3707的外部MOSFET驱动电路19图9： LTC3704的D C-D C转换芯片电特性参数21图10： LTC3704的工作原理示意图22图11：北京捷安通达AC-D C防雷设计方案24图12： DBS电源防雷设计方案框图24图13:艾默生电源瞬态特性测试电路图26图14：常温下艾默生电

6、源负载跳跃输出电压瞬态特性图26图15：室温核达中远通电源瞬态特性测试电路28图16：室温核达中远通电源常温下负载跳跃输出电压瞬态特性图28图17： DBS电源地线连接方案框图31图18： 10V电压动态响应波形图31分布式基站DBS电源硬件详细设计报告关键词：DBS, MOSFET,瞬态恢复时间，假负载效应（相对10V功放而言），DC/DC, AC/DC,防雷，断路器等。摘 要：mBTS微蜂窝基站系统包括DBC分布式基站控制系统和DBS分布式基站子系统。其中DBS包括基带处理板BSD、射频板SRF、功放、防雷模块和电源等，本项目 是为DBS系统设计电源板，对DBS各个单元同时供电。该电源的设

7、计要求输入为 220V交流市电，输出为一系列的直流电压，为数字器件和模拟器件同时供电。该 项目采用了两套方案以实现电源输入，输出，功率，瞬态响应等要求。设计中还考 虑到防雷防高压等电源保护问题。缩略语清单：DBS distributing Base Station system分布式基站控制系统SPD :浪涌保护器，用以限制瞬态过电压和引导电涌电流的一种器具，它至少应包括一种非线性元件。参考文献、引用标准及规范IEC61312国际标准EC61643国际标准IEC60364国际标准GA173行业标准GB4943-2001信息技术设备（包括电气事务设备）的安全YD/T 282-2000通信设备可靠

8、性通用试验方法GB/T 1372292移动通信电源技术要求和试验方法GB/T2423.1-2001电工电子产品环境试验,第二部分：试验方法/试验A：低温GB/T2423.2-2001电工电子产品环境试验,第二部分：试验方法/试验B：高温GB/T2423.3-1993电工电子产品基本环境试验规程一试验Cb:恒定湿热试验方法GB/T2423.4.1993电工电子产品基本环境试验规程一试验Db:交变湿热试验方法GB/T2423.5-1995电工电子产品环境试验，第二部分：试验方法/试验Ea和导则：冲击GB/T2423.6-1995电工电子产品环境试验，第二部分：试验方法/试验Ea和导则：碰撞GB/T

9、2423.8-1995电工电子产品环境试验，第二部分：试验方法/自由跌落GB/T2423.10-1995电工电子产品基本环境试验，试验Fc和导则：振动（正弦）GB/T2423.11-1995电工电子产品环境试验，第二部分：试验方法/试验Fd：宽频带随机振动一一般要求GB/T2423.22-2002电工电子产品环境试验，第二部分：试验温度变化EN55022： 1998信息技术设备一无线干扰特性一限值和测量方法EN55024： 1998信息技术设备一抗干扰特性一限值和测量方法参考资料清单:表格1参考资料清单名称编号作者发布日期分布式基站DBS电源硬件详细设计报告DBS_POWERH01.01.00

10、叶绍平2003.09.10分布式基站DBS防雷系统硬件详细设计报告DBS_SPDH01.01.01叶绍平2004.4.27mBTS硬件总体设计mBTS01.02.002004.0407DBSS带硬件总体技术方案DBS01.02.002004.04.07分布式基站D BS_BSD单板硬件详细设计（电源设计部分）DBS_BSDH01.01.03祁业欣2004.06.18分布式基站DBS_SRF单板硬件详细设计（电源设计部分）DBS_SRFH01.01.02刘津京2004.07.121. 概述本项目是为分布式基站DBS子系统设计集中式供电电源，其输入为165285V的交流 市电，输出为一系列直流电源

11、值：10V/5A，5.7V/6A, -5V/1A, 3.3V/4A。其它电压值如1.8V/2A 和2.5V由LDO元器件从3.3V获得。由于基站采用TDD(10ms)时分双工技术，DBS射频板输出端的功率放大器与10V电源 密切相关，每5ms对10V电源开关一次，要求电源电压在开关过程中波动在25%以内， 负载从80%跳变到0%，瞬态恢复时间要求在100mS以内，这是本项目的难点。为克服这个难点，我们采用了两套设计方案：方案一:把我们的电源性能要求以及相关的技术参数提供给深圳市核达中远通电源技术 有限公司，由他们设计。(详见产品说明书)方案二，利用“假负载”效应的概念实现分布式电源设计，从而满

12、足功率放大器5ms (10ms 一个周期)关断的瞬态响应要求。具体来说，就是在接收时段，功率放大器只是10V 电源负载的一部分，其他的5.7V，3.3V，-5V电源，都是10V电源经过DC-DC转换而得到 的。也就是说，10V电源是一次电源，而5.7V，3.3V，-5V则是二次电源，这样就使得10V 电源的功率放大器不管关闭还是开启，其他使用5.7V，3.3V，-5V电源的模块和器件依然还 在工作，避免了 10V电源的完全空载现象。这样经DC-DC模块转换过来的负载就构成了 10V电源的负载，驱动常开元件和接收时段工作元件，使负载阶跃大约为80%到30%。这 样避免了空载这种恶劣的状态，瞬态恢

13、复时间大为减小，10V电源的输出动态响应性能大为 改善。详细设计将在后文中阐述。方案2核心模块和关键器件：爱默生给我司开发的AC-DC电源模块(10V输出，90W)；双路输出的 DC-DC 转换芯片：LTC3707 (5.7V-6A，3.3V-4A)；负电源单路输出芯片：LTC3704 (-5V-0.6A)；MOSFET： FAIRCHILD的N沟道双路MOSFET，工作电流可以达到8A，为FDS6982S。2. DBS电源设计方案2.1 DBS电源设计方案一从电源的原理上，电源分为线性电源和开关电源。线性电源响应速度快，但是效率低， 体积大，难以集成，在我们的应用中很难被采用；开关电源具有效

14、率高、集成度好等优点， 在通讯电源中广泛使用，但是其由于开关周期和输出端滤波器的限制，使其瞬态恢复时间一般在100VS到300呸，不能满足我们的要求。通过我们的调研，和国内众多电源生产商沟通，深圳市核达中远通电源技术有限公司声 称有技术能力实现我们的要求。据称中兴，UT的小灵通基站的电源设备就是他们定做的， 因此，将此电源交给该该公司定做成为首选方案。设计要求以及相关的产品性能参数说明如 下页所示：2.1.1. DBS电源设计方案一产品主要性能参数和规格说明表格2方案一产品主要性能参数和规格说明输出总功率输入电压范围输出电压输出电流范围稳压精度输出纹波及噪音104W165 285Vac+10V

15、dc0 5A3%W100mVp-p+5.7Vdc0.6 6A3%W100mVp-p-5Vdc0.1 1A3%W100mVp-p+3.3Vdc0.4 4A3%W100mVp-p2.1.2. DBS电源设计方案一的引用标准及规范GB/T2423.1-2001电工电子产品环境试验，第二部分：试验方法/试验A：低温GB/T2423.2-2001电工电子产品环境试验，第二部分：试验方法/试验B：高温GB/T2423.3-1993电工电子产品基本环境试验规程一试验Cb:恒定湿热试验方法GB/T2423.4.1993电工电子产品基本环境试验规程 试验Db:交变湿热试验方法GB/T2423.5-1995电工电

16、子产品环境试验，第二部分:试验方法/试验Ea和导则: 冲击.GB/T2423.6-1995电工电子产品环境试验，第二部分:试验方法/试验Ea和导则: 碰撞.GB/T2423.8-1995电工电子产品环境试验，第二部分：试验方法/自由跌落GB/T2423.10-1995电工电子产品基本环境试验，试验Fc和导则：振动（正弦）GB/T2423.11-1995电工电子产品环境试验，第二部分：试验方法/试验Fd：宽频带随机振动一一般要求GB/T2423.22-2002电工电子产品环境试验，第二部分：试验N：温度变化EN55022： 1998信息技术设备一无线干扰特性一限值和测量方法EN55024： 19

17、98信息技术设备一抗干扰特性一限值和测量方法GB4943-2001信息技术设备（包括电气事务设备）的安全YD/T 282-2000通信设备可靠性通用试验方法GB/T 1372292移动通信电源技术要求和试验方法2.1.3. DBS电源设计方案一的环境条件表格3DBS电源设计方案一的环境条件序号项目技术指标单位备注1工作温度-25-+60C2储存温度-40 +85C3相对湿度10%-90%不结露4散热方式自然散热5海拔高度3000M2.1.4. DBS电源设计方案一的电气特性表格4 DBS电源设计方案一的电气特性1输入特性序号项目技术要求单位备注1.1额定输入电压220Vac1.2输入电压范围1

18、65-285Vac1.3输入频率范围47-63Hz1.4输入电流1.5A2输出特性序号项目技术要求单位备注+10Vdc+5.7Vdc-5Vdc+3.3Vdc2.1输出电流范围0-50.6 60.1-10.4-4A2.2输出电压范围9.8-10.45.50-5.90-4.905.203.234-3.432Vdc2.3电压调整率1111%2.4负载调整率2222%2.5输出纹波及噪音100100100100mVp-p额定输入，输出满 载，20MHz带宽，端 子并104+10p F电 容。2.6+10V动态响应过冲幅度V：5%Vo0 4A，电流变化率 为 0.5A/p S , 0A 维 持时间5mS

19、,4A维持 时间5mS，其他路加 半载测试。恢复时间t：100ms2.7开关机过冲幅度5%Vo2.8效率375%额定输入电压，最大 负载（常温下）2.9温度系数0.02%/C3保护特性序号项目技术要求单位备注3.1输出过压保护+10V11-13Vdc输出小载+5.7V6.5 8.3Vdc-5.7V-7.55.8Vdc+3.3V3.8 4.8Vdc3.2输出限流点+10V6.0 8.0A额定电压下测量，可 自动恢复+5.7V6.8 8.4A-5V3.0 4.5A+3.3V5.0 6.5A3.3输出短路保护四路均可长期短路不损坏，可自动恢复。2.1.5. DBS电源设计方案一的安规特性表格5 DB

20、S电源设计方案一的安规特性序号项目测试条件备注1抗 电 强 度输入对输出3000Vac/10mA/1min裸板，无飞弧、无击穿1500Vac/10mA/1min整机，无飞弧、无击穿输入对大地1800Vac/10mA/1min无飞弧、无击穿输出对大地500Vdc/10mA/1min2绝 缘 电 阻输入对输出32MQ 500Vdc输入对外壳32MQ 500Vdc输出对外壳32MQ 500Vdc3漏电流防雷措施Vin = 220Vac,50Hz前后对称一 4-M5的螺钉W3mAL、N-G： 5KAL-N： 3KA2.1.6. DBS电源设计方案一的机械特性 长X宽X高=180X140X60 （单位：

21、mm）图1 DBS电源设计方案一的机械特性示意图DBS电源设计方案一输入和输出端子描述说明如下图所示:输入端子：3.96间距5针三位（去两针）插座NC正视图输出端子：3.96间距8针和4针插座土 10V + 10V GND G ND正视图-5V GND +3.3V+3.3V GNDGND +5.7V5莒口 口口口 口口口正视图图2 DBS电源设计方案一输入和输出端子示意图这款电源的输出不包括2.5V和1.8V, 2.5V可由3.3V和LDO获得，1.8V可由 ELANTECH的EL7562芯片通过DC-DC转换获得，现在已经做在基带处理板BSD的DSP 芯片附近处设计。2.2 .DBS电源设计

22、方案二方案二是基于“假负载”的概念实现DBS子系统分布式电源设计，从而满足功率放大 器10ms关断的瞬态响应要求。为了实现负载从80%到0%瞬态恢复时间小于100HS的要求， 在接收时段功率放大器不工作的时候，使电源仍然带有一定的负载（大约30%）,避免电源 完全空载，减小恢复时间，使得10V电源的动态响应指标大为改善。具体来说，就是在接收时段，功率放大器只是10V电源负载的一部分，其他的5.7，3.3V， -5V电源，都是10V电源经过DC-DC转换而得到的。也就是说，10V电源是一次电源，而 5.7V，3.3V，-5V则是二次电源，这样就使得10V电源的功率放大器不管关闭还是开启，其 他使

23、用5.7V，3.3V，-5V电源的模块和器件依然还在工作，避免了 10V电源的完全空载现 象。这样经DC-DC模块转换过来的负载就构成了 10V电源的负载，驱动常开元件和接收时 段工作元件，使负载阶跃大约为80%到30%。这样避免了空载这种恶劣的状态，瞬态恢复 时间大为减小，10V电源的输出动态响应性能大为改善。设计结构框图如下图所示：图3方案二设计结构框图从此图中很容易看出，这个电源是一个串级的结构，所有的直流转换都是基于第一级直 流电压10V的输出，这样设计的目的就是使虚线以内的部分成为10V输出的负载。在接收时段，10V输出虽然不驱动功率放大器，当仍然要驱动虚线内的负载，使负载阶跃变小，

24、瞬 态恢复变快。这种假负载效应的核心器件包含一个爱默生的AC-DC电源模块，以及一个10V输入， 5.7V，3.3V双路输出的DC-DC转换芯片LTC3707， 一个10V输入，-5V输出的DC-DC转 换芯片LTC3707，以及相关的MOSFET，功率电感等。下面就各个功能模块单元的设计以 及相关的技术参数给予详细描述：2.2.1 DBS电源设计方案二AC-DC电源模块单元的产品说明以及相关的技术参数设计在本设计方案中，AC-DC转换是采用了爱默生开发的AC-DC电源模块，下面就详细介 绍这款电源的开发依据，以及功能和性能指标等技术参数。(a) DBS电源设计方案二AC-DC电源模块概述本项

25、目是为我司基站系统配置的整流模块，指标参照公司现有的一次模块，并根据客户 需求制订。(b) DBS电源设计方案二AC-DC电源模块产品的名称和型号暂无，待定。(c) DBS电源设计方案二AC-DC电源模块环境条件表格6 DBS电源设计方案二AC-D C电源模块的环境条件环境参数使用环境条件运输环境条件储存环境条件符合相关标准备注种类参数单位气候温低温C一30-40-40/条件度高温C+ 60+ 70+ 70/(d) DBS电源设计方案二AC-DC电源模块产品的机械结构规格需求表格7 DBS电源设计方案二AC-DC电源模块的机械结构规格需求名称参数容许误差长145mm 0.5mm宽95mm 0.

26、5mm高45mm10A限流锁死关机，限流原因排除后手动恢复。负载调整率+2.0%源调整率+2.0%稳压精度80%开关机过冲幅度10A限流锁死关机，限流原因排除后手动恢复。输出短路保护短路锁死关机，短路原因排除后手动恢复。输出过压保护14.5V 0.5V过压锁死关机，过压原因排除后手动恢复。3). DBS电源设计方案二AC-DC电源模块其他功能说明 表格11功能名称说明模块过温保护模块内部有过温保护，过温模块关机，温度下降后自动恢复。DBS电源设计方案二AC-DC电源模块安规特性表格12名称规定值测试条件绝 缘 电 阻交流输入对壳体2X106 Q环境温度25 5 C；相对湿度90%；试验电压为5

27、00VDc。交流输入对直流输出2X106 Q直流输出对壳体2X106 Q绝缘强度交流输入对壳体应能承受50也、有效值为1500V的 交流电压1分钟，无击穿或飞弧现 象；漏电流W30mA交流输入对直流输出应能承受50也、有效值为3000V的 交流电压1分钟，无击穿或飞弧现 象；漏电流W30mA直流输出对壳体应能承受50也、有效值为500V的 交流电压1分钟，无击穿或飞弧现 象；漏电流W30mA(j) EMC暂无要求。(l) 防雷外部加防雷模块，目前直放站采用的北京一家研究所的防雷模块体积不大，却能满足电 信设备在室外工作的三级防雷要求。(m)冷却方式本产品采用密闭自然冷方式。(n)可靠性MTBF

28、 20万小时。(o).可靠性试验高低温下能正常工作。2.2.2 DBS电源设计方案二的5.7V,和 3.3电源设计在AC/DC电路设计完成之后，就要设计直流电压间的转换电路。在本方案的电源设计 中，5.7V，3.3V电源是采用Linear的大电流，宽幅动态输入范围，双路输出的DC-DC转换 芯片LTC3707来实现，在介绍LTC3707芯片之前，我们要讨论一下这里不采用LDO的原因。LDO是实现直流 电压转换常用的元器件，价格低廉，外围电路简单，瞬态响应快。但是LDO属于线性电源， 效率低是它的重大缺点。如果在10V到3.3V的转换中选用LDO，其效率只有门=匕/V = 33%V *100%

29、= 33%这个效率显然是不能接受的。从上式中可以看出，LDO适用于输入输出电压接近并且电压 值较低(70%)显然是更合理的。在选择芯片的时候，大部分的DC/DC芯片输入电压都小于10V，不能满足要求。而 LTC3707的输入电压可以高达28V，这是选择它的主要原因，尽管它的外围电路相对复杂。 有关LTC3707的设计都是参考Linear公司提供的文档完成的。(a) LTC3707芯片性能描述LTC3707是一个高性能双压降开关稳压控制器，可驱动N沟道同步功率MOSFET级。 其恒频电流模式结构允许频率调节到300KHz。通过两个控制器输出级异相运行，可以将由 输入电容器的ESR引起的功率损耗和

30、噪音降到最低。OPTILOOP补偿允许在输出电容量 和ESR值的一个很宽的范围内对瞬态响应最优化。0.8V精密基准和电源良好输出指示能与 将来的微处理器兼容，并且3.5V到30V的宽输入电源范围可适应各种化学电池。每个控制 器都有一个RUN/SS引脚提供软启动和可选的定时，短路关断。当过电流闭锁禁止时，在短 路状态下电流折返将限制MOSFET的损耗。输出过电压保护电路锁定底部MOSFET,直到 Vout恢复正常状态为止。FCB模式引脚可以选择突发模式、恒频模式和连续电感电流模式 运行。现将LTC3707的特点综述如下：180度相位双控制器减少所需的输入电容和电源感应噪 声；OPTI-LOOP补

31、偿使Cout最小化；在整个温度范围内输出电压精度为1.5%；双N沟道 MOSFET同步驱动；电源良好输出电压状态监测器;DC可设定固定频率：150KHz到300kHz； 宽Vin范围：4.5V到28V工作；非常低的压降运作：99%占空比；可调的软启动电流上升 斜率；折返式输出电流限制；带失效选项的闭锁短路关断；输出过电压保护；远端输出电压 检测；低的关断IQ电流：20HA； 5.7V和3.3V待机稳压器；小型28引脚窄SSOP封装；可 选恒定频率，突发模式(Burst Mode)或PWM模式运行。其典型应用如下图：泅心1浏J f立高致就输出573.3V降庶转换器L蓍顽逐+-T-VniMTVac

32、SEMSE1-VaamsFiSEMSEWVo9TNSF33707f图5LTC3707的DC-DC转换芯片应用LTC3707电特性如下表所示：输入电源电压(V1K)30V至一”3 V顶端驱动器电压 (BOOST 1，EQOST2)36V 至QJV开美电压(SW1 SW2)30V 至-5VINTVcc EXI Vcc RUN/SSI 、RU/SS2、(BOOST】-SW1)，(BOOST2SW2) - PGOOD7V 至-Q3VSENSE 1*，SENSE? SENSEISENSE2电压 (1.1)LNTVcc 至-03VFREQSET STBYMD，FEB 电压.INTVac S-Q3V Itl

33、l i门 12 V0Sen-sel V0SlnSe2 电压,27V 至-03V 峰低输出电流 10i (TGI TG2 , BG1 , BG2)，3A INTL由至堕输出电流40mA工作温度范围 LTC3707EG-40X：至 S5UC结点温度 L25flC贮存温度范围-sst至isor引脚温度(焊接时间I 0秒)300 图6 LTC3707的DC-DC转换芯片电特性参数(b) LTC3707的工作原理如下图所示，LTC3707是一个负反馈控制系统，由RSENS对负载电流的采样，得到反 馈电压，和参考电压比较产生差值，这个差值被传到开关逻辑电路，后者产生驱动电压，控 制从输入端到输出端的电流量

34、，直到输出电流与新的负载电流匹配。图7LTC3707主控制环路原理图在这个电路中，关键是开关逻辑部分和驱动部分，下面给予说明：假如我们有一个方波信号，占空比为50%，其最大值为5.7V,最小值为0V。那么这个 方波信号的直流成份为2.5V，这个直流信号可以通过低通滤波器得到。当占空比增大，这 个直流成份也随之增加，直到5.7V （100%占空比）。在这个环路中，当负载电流变化，V e 增大，导致开关逻辑电路内部方波占空比增加，从而输出电压加大，允许更多的电流从输入 端流到输出端。在驱动电路部分，采用的是MOSFET管控制技术，原理电路如下图所示。开关逻辑部 分的输出，经过控制部分，形成了 MO

35、SFET管的门电压。MOSFET上的电流会随着栅极和 源极间的电压的变化而变化。当负载电流加大的时候，Vtop的增大可以增大M1的电流，从 而增加负载电流。而M2实现了连续电流工作模式，某些特殊的负载可能会向驱动电路灌入 电流，这时输出电流为负值，这时加大Vbot可以打开M2。Vin图8LTC3707的外部MOSFET驱动电路在本设计中采用的是FAIRCHILD的N沟道双路MOSFET,工作电流可以达到8A, Rq JS 却很小，型号为FDS6982S。控制开关采用的是常用的BAT54A，电感则采用10A的大功率贴 片电感。（c） LTC3707工作模式选择LTC3707有三种工作模式，具有不

36、同的特点，用户可以根据自己的需要来选择工作模式。 现将三种模式总结如下表。表格13 LTC3707工作模式选择工作模式连续电流（PWM）模式突发模式恒频模式FCB引脚电压FCB0.8V0.8VFCB Vintcc -2V特点低电流操作，连续电流操作，效率最低，线性好低电流操作，有一个最低输出电流，效率 高输出电流范围大，低 噪声，电流可以不连 续，频率恒定给FCB引脚提供一个逻辑输入，可以在两种低电流工作模式中进行选择。当FCB引脚 电压低于0.800V时，控制器将强制芯片工作在连续PWM电流模式。在此模式下，顶部和 底部MOSFET交替导通以维持输出电压且不受电感电流方向影响。当FCB引脚低

37、于Vintvcc -2V但高于0.80V时，控制器进入突发模式。突发模式在禁止顶部开关之前设定最小输出 电流，并在电感电流变为负时关断同步MOSFET。在低电流时，前面的这些要求将强制【叩TH 引脚低于一个电压门限，此门限将暂时禁止两个输出MOS管，直到输出电压降低为止。在 连到Ith引脚的脉冲比较器B上有60mV的迟滞。这个迟滞产生到MOSFET的输出信号， 使它们在几个周期内导通，紧接一个可变时间的”休眠”间隙，这个休眠间隙时间的长短决定 于负载电流的大小。通过将迟滞比较器放在误差放大器块后，可以使最后的输出电压纹波保 持在一个很小的值。当FCB引脚连到INTVCC时，突发模式被禁止，同时

38、也没有了强制最小输出电流要求。 这在可能的最宽输出电流范围内提供了恒频、不连续的（防止电感电流反向）电流工作模式。 恒频工作模式没有突发模式效率高，但该工作模式噪声较低，输出电流可以低到所设计最大 输出电流的1%左右。在将电压加到Vin引脚之前FCB引脚不能存在电压。在我们的应用中，不可能选择低电流工作模式，恒频工作模式成了唯一的选择，FCB 引脚和3.3Vout引脚相连，而典型Vintvcc-2V值为3V，这样实现恒频模式选择。2.2.3. DBS电源设计方案二的-5V电源设计在AC/DC转换完成后，还要设计-5.0V的负电源设计。在本方案的电源设计中，-5V电源 是采用Linear的宽动态

39、输入范围，-5V直流电压输出的正至负的DC-DC转换芯片LTC3704 来实现。（a） LTC3704性能描述LTC3704是一种宽输入范围电流型的正至负DC/DC控制器，它驱动一个N沟道功率 MOSFET且只需要极少的外部元件。为了低至高的功率应用，它利用了功率MOSFET的接 通电阻而无需电流检测电阻器，因此可最大限度的提高效率。该器件的工作频率可由一个外 部电阻设置在50kHz至1MHz的范围内，并可利用MODE/ SYNC引脚与外部时钟同步。轻 负载条件下的突发方式操作、较低的.25V最小工作电源电压以及10HA的低停机静态电流使 得LTC3704成为电池工作系统的理想选择。主要特点如

40、下：高效操作（无需检测电阻）输入电压范围：2.5V至36V电流型控制提供忧良的瞬态响应最大占空比较高（典型值为92%） 1%内部电压基准具有100n】V迟滞的2% RUX引脚门限微功率停机方式:Iy=10uA采用-个外部E&阻器实现的可设置开.关频率（5OkHz 51MHz）可勺高达1.3 X fg的夕卜部时钟R步可山用户控制的脉冲跳跃或突发方式（BurstMode。操作内部5.2V低压降稳压器在高输出电压应用（V场36V）中采用，个检测电 阻进行操作小型10引脚MSOP封装图9LTC3704的DC-DC转换芯片电特性参数b） LTC3704的工作原理2a :用于实现最高效率的SENSE 引脚

41、连接（Vw36V的SENSE引脚连接使用LTC3704上的SENSE引脚图10LTC3707的工作原理示意图LTC3704比较特别的地方在于与传统的电流型控制器有所不同，因为电流控制环路可通 过检测功率MOSFET开关（而不是一个分立的检测电阻）两端的压降来闭合，如上图所示。 这种检测技术提高了效率和功率密度，并降低了总体解决方案的成本。LTC3704主控制回路的工作原理与LTC3707类似，可以参看，这里不再重复。（c） LTC3704工作模式选择LTC3704共由两种工作模式给用户选择，现总结如下。表格14 LTC3707工作模式选择工作模式突发方式跳跃脉冲方式MODE/SYNC引脚连接接

42、地2V直流电压特点轻负载下效率高（小于100HA）固定操作频率，最小纹波输出在我们的应用中，显然只能采用跳跃脉冲方式。将MODE/SYNC引脚与INTVCC （典 型值为5.2V）现连，实现选择跳跃脉冲方式。2.2.4. DBS电源设计方案二关键器件型号爱默生给我司开发的AC-DC电源模块（10V输出，100W）；双路输出的 DC-DC 转换芯片：LTC3707 （5.7V-6A, 3.3V-4A）；负电源单路输出芯片：LTC3704 （-5V-0.6A）；MOSFET： FAIRCHILD的N沟道双路MOSFET,工作电流可以达到8A,为FDS6982S。大功率电感：4.7uH/10A，4.

43、7uH/5A,3. DBS电源的电源防雷系统设计（备注：DBS防雷详细情况请参见DBS防雷系统设计报告。在室外工作的电信设备，必须具备C级防雷要求，DBS由于是工作在室外的微蜂窝基 站，所以在220V的输入交流电缆上，需要计划安装C级防雷器，关于防雷设备，我们可以 选择两种设计方案：一种也可以找厂家购买现成的防雷器，但价格较高，德国phoenix竟然高达2千多人民 币（小批量），国产的也需要数百元；第二种就是自己设计防雷模块，其实不管是国外的还是国产的防雷器，性能指标都很 单一，主要是压敏电阻不同而已，性能比较好的就是加一个前置熔断器的保险丝之类的过流 保护。德国phoenix的交流电源防雷器

44、就是这一类型。如果自己设计的话，主要是选择 Littelfuse公司的40KA的压敏电阻和AIRPAX的断路器（用于过流保护）为主的设计方案， 下面将对这两种方案给予详细说明：（a）.方案一委托北京捷安通达公司定做（原直放站所定做的防雷器厂家）。也可以向其他厂家购买， 下面是以德国phoenix的VAL-MS230IT/3-1进行说明：要求：三相防雷系统，防雷级别为20kA，火花间隙放电方式。三相交流四线防雷，等级为 C级，三线接电缆，一线接地，并要求在涌流过载（可能烧毁防雷器）时将防雷器切断，并 能显示防雷失败。具体参数指标如下：额定电压 230V AC放电器设定电压385V AC （较高，

45、考虑到中国电网的不稳定性，特别是在农村地区）额定放电冲击电流20kA最大放电冲击电流40kA在20kA保护电平=1.9kV在5kA保护电平=1.35kV响应时间=25ns备用前置保险装置最大值125A温度范围40C 至+ 80C接线图如下，其中红线为放电路径。这种方案虽然简单，德国phoenix性能指标也很好，但是价格昂贵，竟然高达2千多人 民币(小批量)，即使大批量采用，估计在300元以上，20KA的国产的也需要数百元，但缺 乏过流保护功能，也就是需要对未能释放的感应雷的能量进行过流保护，所以说这也不是一 种理想的选择。(b).方案二参考德国phoenix交流电源防雷器的设计思想，在现有的电

46、源板上做一个独立的交流防 雷模块，以Littelfuse公司的40KA的压敏电阻，过载保护的熔断器以及AIRPAX的断路器，以及加上两个电源插座就可以实现很好的C级防雷要求。而且体积小，节省了不少空间。图12 DBS电源防雷设计方案框图关键器件说明：压敏电阻：启动电压交流380V ；最大放电电流：40KA；高度：34mm成本分析：压敏电阻：45美圆/个，总共三个，AIRPAX的断路器大概为4个美圆左右， 加上插座等，成本不会超过20美圆。4. DBS电源模块测试报告4.1. 测试背景微蜂窝基站分布式基站子系统DBS的电源采用集中供电方式，将220V交流市电转变 成直流电压对数字电路和射频电路同

47、时供电。由于射频部分对电源瞬态特性要求特殊，市场 上很难找到符合要求的产品，所以特委托深圳艾默生公司和核达中远通公司设计。本次测试 的对象就是这两家公司设计的电源样品，名称和版本为设计者核达中远通艾默生名称 AD101M 10-4M 1 S90D 000M 1机型A284版本V00VER 1.042.测试环境和仪器CS2673A型耐压测试仪一台，GW数字万用表一台，HP54645D示波器一台，调压器两台， 04JX101-1电热鼓风干燥箱一台，Tektronix CFG253信号发生器一台，被测试电源各一台。4.3. 电源模块实际测试数据记录以上指标两公司均提供了详细的测试报告。由于测试条件有

48、限，而且我们只对部分指标特 别关注，所以实际测试结果不能覆盖所有的指标。4.3.1. 室温下艾默生电源测试结果(a)输入电压测试(电源负载约为30W，由于设备限制，输入没有达到过压点)表格15艾默生电源输出与输入电压测试输入电压(Vac) 输出电压(Vdc)低于160自动保护启动16010.032209.9942809.9832929.981(b)耐压测试表格16艾默生电源耐压测试输入对机壳 1500V ac，50H z，1m in，10m A输出对机壳 500V ac，50H z，1m in，10m A输入对输出 1500V ac，50H z，1m in，10m A(c )瞬态特性测试图13

49、艾默生电源瞬态特性测试电路图上图为测试电路图，MOSFET管和三极管构成开关电路，开关R1上的电流。R1的负载约为40W，R2的负载约为28W。瞬态特性如下图。图14 常温下艾默生电源负载跳跃输出电压瞬态特性图从上图中看出，常温下输出电压过冲能满足2V的要求，在100HS后都能回到4%的输出电压稳压精度范围之内。其过冲与艾默生公司提供的测试数据(AV=242mV)有较大 的差距。(d)电流变化率测试除了关心输出电压的瞬态特性，电流变化率也很重要。电流一般没有过冲问题，主要考 虑其上升和下降的时间。通过测试R1上的电压V1，可是得到负载电流变化的情况。测试数 据如下。表格17 艾默生电源电流变化

50、率测试负载电流变化方向 起始电压(V)终止电压(V) 时间(us) di/dt(A /us)上升下降0.189.758.170.180.5156.270.25电流上升时，稳定得很快，电流下降时也在二十微秒后稳定。(e) 输出保护测试输出短路一分钟不损坏，能自动恢复，但是延时较长，2 3分钟后才能恢复。输出有过压保护，保护点在14.0V，当电压低于14.0V，输出能自动恢复正常。(f) 高温测试电源在55r干燥箱中连续工作两个小时，输出仍在4%的稳压精度之内，测瞬态性能， 过冲变小，恢复时间变短。4.3.2.室温中核达中远通电源测试结果(a)输入电压测试(10V输出负载约为40W，由于设备限制，

51、输入没有达到过压点)表格18室温中核达中远通电源电流变化率测试输入电压(Vac)输出电压(Vdc )低于160自动保护启动1602202802971010.019.9910(b)耐压测试由于设计者在输入端对地(机壳)间加了压敏电阻，所以输入对机壳，输入对输出的耐 压测试都不能进行。输出对机壳耐压测试符合要求，漏电流小于10mA。表格19室温中核达中远通电源耐压测试输出 对机壳 500Vac，50Hz，1m in，10m A(c) 瞬态特性测试图15 室温核达中远通电源瞬态特性测试电路图16室温核达中远通电源常温下负载跳跃输出电压瞬态特性图瞬态特性测试的结果也与中远通提供的测试数据（5%的过冲）

52、有较大的差距。从此 图中可以看出，该电源10V输出在重载下稳压精度较好，AV=-0.03V，这有利于射频元件的工作。(d) 电流变化率测试通过测试R1上的电压V1,可是得到负载电流变化的情况。测试数据如下。表格20 核达中远通电源电流变化率测试负载电流变化方向起始电压(V)终止电压(V)时间(us)di/dt(A /us)上升08.20.2513.12下降11.74(有过冲)0150.31电流上升时，稳定得很快，电流下降时也在二十微秒后稳定。(e) 输出保护测试输出短路一分钟不损坏，能快速自动恢复。由于这款电源的设计原理，在测试过压保护的过程中，发现10V输出会发生“倒灌” 现象(与开发者联系

53、，是正常现象)，3.3V和5.7V输出保护电压较高，分别是6V和17V，还需要参考设计原理图。(f)高温测试在55 r环境下工作，瞬态响应和输出稳压精度都没有太大的变化，符合要求。4.5关于这两中电源模块的讨论和分析这次电源测试最大的问题是瞬态特性测试中过冲幅度和开发者提供的报告有较大的出入，造成这种现象的主要原因是测试环境不同。开发者采用的是电源测试的标准环境，用电 子负载，连接线质量高等条件，在我们的环境下难以实现。我们只是用电阻丝模拟负载，连 接线较长，焊接质量一般，造成结果有较大的差距。即使这样，测试到的过冲电压仍在2V 之内，且恢复时间很短，不会对射频元件造成太大的影响。测试中还发现

54、，只要延长连接线，过冲马上增加，可以超过2V。建议在以后的使用中电源尽量靠近负载，连接质量要好。在中试中需要测试瞬态特性。就两款电源而言，中远通电源具有较多的优点，如下表所列。表格21核达中远通电源和艾默生电源性能比较中远通多路重载下稳压好电流变化，电压恢复都较快有压敏电阻短路保护恢复快600元左右输入电压变化，输出几乎不变开发者艾默生输出单路输出，还有二次电源要设计稳压精度一般，重载下接近稳压精度临界瞬态特性电压恢复稍慢于后者，电流也稍慢防雷输入端无防雷元件输出保护短路保护恢复慢价格至少800元，加二次电源费用源调整率输入电压变化，输出变化小5. 附件附件包含相关的原理图，PCB, BOM单

55、，芯片datasheet等；5.1原理图文件名：DBS_POWERH01.01.00.SCH(共 1 张)原理图设计工具:protel99se5.2PCB 图文件名:DBS_POWERH01.01.001.PCB(共 1 张)提供文件名，并说明所用布线工具。5.3详细物料清单DBS_POWER_BOM.01.01.00说明80肱清单文件名。5.4PCB板工艺、结构审查报告6. DBS电源硬件设计评审记录(1) .中远通AC-DC电源的过压保护电压是否太低？(2) .AC-DC电源内部接地，螺丝接地情况不清楚。(3) .交流输入电压的频率能否再低点？(4) .没有提供+10V动态响应波形图。(5

56、) .交流输入地线，DC直流输出地的处理问题。(6) .EMC国标要求。(7) .10V电压可家一个5A的可恢复保险丝。7. DBS电源(基于中远通核达方案)硬件设计评审的讨论问题答复关于DBS电源硬件设计评审中讨论的几个问题现答复如下：(1)、输出过压保护点和输出限流点动作点低及范围太宽，中远通认为起点比我司实际使用 的电流高1015%是比较合适的，起点太高会失去保护意义，至于范围太宽，他们给华 为、中兴的产品也是10%左右的范围。其实一个产品的性能好坏的最终决定因素是可 靠工作的性能，不是可靠保护性能的指标。中远通的产品在主要性能上一般都留有30% 左右的余量，所以他们认为可以适当窄一点，但没有必要太窄，而且这些指标必需根据 我们所选择的芯片的极限输入电压来定。(2) .关于输入频率范围问题，45HZ甚至是直流都不会有问题，只要在165V以上我们的电源都可以做到稳定