现代通信系统电源设计

中低功率应用(15～100W)通常使用低成本的单端正向或回扫拓扑结构来设计电源模块，而推挽式、半桥和全桥拓扑结构在功率更高的应用(100～1000W)中很流行。中间总线架构(IBA)是一种新型分布式总线标准，它利用一种低成本的非稳压(开环)中间总线式转换器(IBC)将-48V通信总线转换到+12V中间总线，从而通过使用低成本的负载点(POL)模块简化板上电源设计。

美国国家半导体公司最近发布了一系列新的高压电源转换数字特殊应用集成电路(ASIC)，即LM5000系列，该系列提供了多种脉冲宽度调制(PWM)控制器驱动器芯片组，用于这些最新的电源系统设计中。这些芯片能承受高达100V的输入电压，满足了通信系统电压瞬态规范的应力限制。其开关频率超过1MHz，与现有的解决方案相比，提高了电源效率，并成为众多电源应用的基准。该系列从低成本的中功率正向拓扑结构(使用LM5025电压模式有源钳位PWM控制器)，到中功率IBA转换器(使用LM5033半桥或推挽PWM)，再到最先进、功率最高的级联式电流馈电拓扑结构(由LM5041和LM5100控制器驱动器芯片组支持)，覆盖了所有的功率级别。

新型IBA电源系统方法需要两级转换：首先是非稳压隔离级，然后是多个紧密调节的负载点板上安装的DC/DC电源模块。隔离级(称作中间总线转换器)的拓扑结构一般是开环、非稳压、自由运行“直流变压器”，被选择用来隔离和降低总线电压，同时保证低成本和高功率转换效率(大于95%)。双输出LM5033 PWM控制器和LM5100半桥驱动器构成一个理想的芯片组解决方案，能将这些中间总线转换器设计中需要的外部元件成本和数量降至最低。

图1以典型的通信电源总线转换器设计中的LM5033/LM5100芯片组为例，在该设计中，40～60V输入总线电压通过一个隔离变压器，向下转换至10～15V中间总线电压，并分配至下游安装在板上的负载点模块中。通过维持LM5033双控制器的输出在一个恒定的50%占空比，实现了最高的电源效率，这样做降低了开关FET和同步整流器上的电流和电压应力，同时改善了变压器的线圈使用率。

IBA两级架构的竞争对手是更传统、使用回归或正向拓扑结构的单级隔离电源。与那些用于IBA方法的紧密调节负载点模块相比，这些电源虽然提供了富有竞争力的成本和电源效率，但很难在多个输出维持良好的稳压。

与标准的正向转换器相比，有源钳位正向转换器提供了更高的效率，而且在中功率应用(50～200W)中更受欢迎。有源钳位正向转换器采用了一个有源复位FET和电容器，在损耗最低的情况下使核心复位。钳位电容器捕获磁化能量和释放能量，并把它们返回源极，从而提高了电源转换效率。

图2描绘了典型的48V单级通信电源设计中的LM5025有源钳位正向控制器，其工作输入电压范围是36～75V，额定输出在3.3V时可高达100W。该控制器的两路输出直接驱动N通道功率MOSFET和P通道复位MOSFET。这两路驱动器输出的大小不同，主输出产生较大的3A门极驱动峰值电流，其目的是迅速开关大功率MOSFET以便降低开关损耗。复位MOSFET的输出要小得多，这是因为它只传导磁化电流，因此门极驱动