隨著視訊串流等高容量和通訊速度需求的內容增加，以及電信業者推出5G服務，網路基地台和資料伺服器的需求也隨之增長，導致網通電源的功耗急劇上升。因此，對於更高效率的網通電源的需求日益迫切。這些通訊站和數據伺服器的電源需要使用高效能MOSFET來提升設備性能，以提高供電效率。為此，東芝開發了U-MOSX-H 150V MOSFET，其顯著改善了導通電阻和充電容量特性，適用於通訊基地台和資料伺服器的高效電源。 網通電源通常採用DC-48V電壓，我們將介紹DC-48V電源電壓的應用和來源。DC-48V主要用於供電電信基地台，從固定電話到現代通訊設施。負電壓設計是為了防止長距離銅線電離。DC-48V也用於供電電信基礎設施，包括日益增加的基站需求，隨著對電信服務需求的增加。基地台配備AC-DC轉換器以產生DC-48V，實際上可使用高達DC-60V的電壓，其電壓降來自商用交流電源AC 200V（最高240V）。此外，基地台無線電發射機中使用的高頻放大器工作電壓為DC 52V（最高56V），這些電壓由整合式DC-DC轉換器從DC-48V總線轉換而來。十多年前，由於通信需求較低，MOSFET的性能不足，無線電基地台的輸出功率也無需太高，因此這些開關的整流電路主要基於二極體。然而，近年來，由於控制技術和MOSFET性能的提升，同步整流器已被廣泛應用於需要高效率的通訊基地台。另一方面，數據伺服器通常使用DC 12V進行普通計算，由機架中的AC-DC電源供應器分配。但是，隨著伺服器的斷電耗散超過10kW，接線上的微小電阻損失對能量的保存變得不可忽視。因此，使用DC 48V配電在伺服器和電信基地台應用中變得流行。 接下來，我們將介紹網通電源中常見的電路架構。首先是AC-DC應用，我們將介紹一個典型的AC-DC轉換器電路，它接收AC 200V（最高240V）的商用交流電源，並輸出DC-48V（最高-60V）作為標準電壓，這是電信使用和MOSFET作為同步整流所需的漏電源電壓（SR）。在這種電路中，MOSFET上的最大電壓作為1型電路中心抽頭SR的電壓，如表1-1所示，是輸出電壓的兩倍以上，並包含了電壓尖峰的安全裕度。因此，對於這類電路，150V的MOSFET是SR的合適選擇。由於MOSFET的數量較少，且驅動器與MOSFET之間的電壓相同，驅動電路可以被簡化。至於表1-1中類型2電路的全橋SR，SR-MOSFET上的最大供電電壓是中心抽頭SR-MOSFET電壓的一半。這意味著80V的MOSFET適合用於全橋SR，且能夠降低SR-MOSFET上的傳導損耗，因為串聯兩個80V MOSFET的總導通電阻低於單個150V中心抽頭MOSFET。儘管全橋SR需要複雜的電路圖，且SR-MOSFET與驅動器和高側MOSFET源極之間存在不同的電壓電位，使得總成本相對較高，但全橋SR仍是高功率高效率電源中常用的拓撲結構。
表1-1:Typical Circuit of AC-DC Converter for Telecom/Base Station(註一:150V Power MOSFET U-MOSⅩ-H series for Telecom and data server Application note ) 我們剛剛介紹了AC-DC架構，接下來我們將介紹DC-DC轉換器的典型電路。此轉換器接收DC-48V（最小：-36V，最大：-60V）作為電信標準電壓，並輸出DC 52V（最高56V），用於通訊RF放大器和MOSFET同步整流所需的漏電電源電壓（SR ）。DC-DC轉換器透過控制佔空比來調節輸出電壓，以適應輸入電壓的變化。 （AC-DC轉換器中的PFC起著類似的作用。）佔空比設計為在輸入電壓最小且輸出功率最大時（約100%）進行最大限度的調節。當輸入電壓升高時，佔空比會相應降低，而施加到整流元件的電壓與輸入電壓成比例地增加。 在1型電路中，全橋SR中SR-MOSFET上提供的最大電壓是中心抽頭SR-MOSFET電壓的一半。考慮到輸入電壓加倍，SR-MOSFET上施加的電壓應為輸出電壓的兩倍以上。因此，DC-DC轉換器中全橋SR的MOSFET，在最大輸出電壓為56V時，漏電源電壓額定值至少為112V。實際上，基於這個觀點，150V MOSFET在一般產品系列中是首選，並考慮安全裕度。 對於表1-2中的類型2電路所示的中心抽頭SR電路，考慮到輸入電壓加倍，施加在SR-MOSFET上的電壓是輸出電壓的4倍以上。因此，DC-DC轉換器中的中心抽頭SR的MOSFET應至少為224V，因為汲源電壓額定值。 250V是一般產品系列中的最佳額定選擇，考慮的安全裕度。同代同款比較技術，250V MOSFET的導通電阻和反向恢復特性小於150V MOSFET的電壓，因此在大多數情況下，全橋SR拓撲使用150V MOSFET是需要隔離的PF擴大機應用的首選。 對於表1-2所示的類型3的降壓-升壓電路，擊穿電壓此電路中MOSFET所需的電壓應大於輸入電壓和輸出電壓。例如，具有-60V輸入和56V輸出的DC-DC轉換器上的MOSFET（SW側和SR側）應具有超過116V的額定值。在與其他電路方案中，SR側的MOSFET需要低反向恢復電荷和低導通電阻特性以獲得更高的效率，SW側需要高速開關和低導通電阻特性。降壓升壓轉換器的最大優勢與隔離轉換器相比，由於具有較便宜的組件（例如複雜的控制器IC和用於隔離的耦合變壓器）。此外，縮小規模的DC-DC轉換器由於具有相對較高的工作頻率而受到預期與隔離轉換器，但是，DC-DC轉換器的類型，隔離或非隔離，應根據電信單位使用的每個地區的法律和/或法規進行選擇。
表1-2: Typical Circuit of DC-DC Converter for RF Amplifier in Base Station(註一:150V Power MOSFET U-MOSⅩ-H series for Telecom and data server Application note ) 本篇已將網通電源的架構做說明和TOSHIBA U-MOS的選擇,下一篇我們將介紹TOSHIBA 150V MOSFET的特點。 |
