前言
　　为了处理日益增加的、更复杂的实时计算，今天的通信系统采用了大量的高功率计算IC，包括CPU、FPGA和存储器。对计算速度增长的需要促使时钟频率和供电电流的相应增加，有些设备的供电电流已经超过100A。随着供电电流的增加，供电电压正朝1V降低，这主要是因为计算设备此时可以用很好的线宽工艺来制造。此外，低压、大电流应用对功耗也是很敏感的。对电源设计者来讲，使用线性稳压器是不明智的。高效的供电方案应使用高性能的开关结构。

挑战
　　在今天的许多系统中，通信系统里线路板的成本是最昂贵的。尺寸的限制，加上低成本和新技术挑战的压力，使低压、高电流电源的设计成为通信系统设计中最难的任务之一。

　　稳压器的挑战：由于供电电压已经降到1V，即使在电源干线上低到50mV的纹波，都可能使计算设备产生故障，因此，必须使用纯净的的DC稳压器。大电流是产生电压纹波的主要根源，包括它在PCB板走线上，或在电源与CPU电源引脚间连接器上产生的10～50mV的电压降。当输出电压在1～1.5V范围内时，这种电压降就显得更为重要。因此，就必须在正向输出干线和输出回路（或负向输出）干线上进行电压采样。另外一个问题是现代的计算设备可以根据系统发出的命令不同而使供电电流瞬间改变，甚至高达20A。这样大幅度的负载变化，伴随着快速的电流转换速率使电压产生过冲。为了处理这些动态负载和减小输出电容的容量，必须采用具有极其快速瞬态响应的电源。

　　散热的挑战：随着系统复杂性的增加，系统封装的密度也相应增大。散热成为系统硬件设计者必须面对的困难挑战之一。同时，对电压的稳定性要求苛刻的高性能计算设备还管理为它供电的电源。因此，减小电源的功耗，排除PCB和功率器件上的过热点是非常重要的，这可以避免为已经很热的计算设备增加热量。

　　输入噪声的挑战：由于在许多通信子系统中，3.3V是所有负载电源的主要分布总线，3.3V总线上的噪声必须减小以确保从电源总线上获得功率的逻辑设备正确工作。由于在降压开关电源中输入电流存在波动，这就需要大量的输入电容或LC滤波器用以滤除输入噪声。这样的滤波电路通常会由于输出电流的增加或输入电压的降低而使体积和成本增加。

　　使用标准电源模块在成本方面的挑战：成品的电源模块，如“砖型模块”是非常昂贵的。此外，标准电源模块对大多数应用而言，都远远超过实际所用电源的指标要求。因此，定制一种模块会花费时间和额外的费用，系统设计者应寻找其他节省成本的电源。

技术发展趋势
　　为了面对这些设计挑战，人们开发出了许多应用在通信系统中的低压、大电流电源的新技术。

　　板载电源供应器应用普遍
　　由于每个板上的电源额定功率可以根据实际消耗的功率很容易地调整，电源的成本和体积就可以减小。板载电源与标准电源模块相比也有许多技术上的优点。
　　* 很好的负载调整率：板载电源消除了电源输出与负载间的连接电阻和电感，这使直流和瞬态调整率更好。
　　* 更好的效率：板载电源消除了电源连接器上的传导损耗。此外，板载电源也可以使用地参考面和其他DC电参考面去传导DC电流。由于系统参考面的电阻低于电源模块的电阻，PCB走线上的传导损耗可以很小。
　　* 更好的散热控制：整个系统板都可为板载电源提供散热，因此，在散热点的温度会低于只有有限PCB面积用于散热的电源模块，这提高了系统的可靠性。
　　* 更低的成本：由于板载电源可以根据实际功率需要进行优化，因此，成本就低于比要求指标高的标准电源模块，也节省了购买大电流连接器的支出。更好的瞬态调整率减少了输出电容的数量，因为大多数板载电源中的器件也被其他系统模块所用，这部分器件总体价格的减少会节省额外的成本。

　　多相技术成为大电流电源设计的标准
　　传统的单相方案依靠并联的几个场效应管和大体积的电感来产生需要的大电流。这种方法会在场效应管中产生很高的开关损耗，也会在电感和场效应管的焊盘上汇集大电流，设计PCB时，就必须考虑其可靠性的问题。此外，由于效率低、开关频率低和使用大的电感，会导致瞬态响应降低。目前，随着功率器件技术的发展，多相方案远远优于单相方案，特别是电流超过20A的情况。多相技术使几个平行的供电过程的相位交叉，结果消除了电源输入和输出端的纹波电流，从而极大提高了性能并减少了成本。
　　* 纹波电流的消除使输入电容、输出电感和输出电容的体积及成本降低。
　　* 输入纹波电流的消除减少了输入噪声，这对于3.3V分布式总线的应用更具有吸引力。
　　* 可达到更快的负载瞬态响应。因为并联输出电感可以改善瞬态响应，比较小的等效电感可以提高输出电流的转换速率。
　　* 可获得更高的效率。这是由于多相技术有较低的开关损耗和一致的电流分布，这更有助于减少热量，提高整个系统的可靠性。

　　同步整流和副边控制在隔离设计中是非常需要的
　　有些通信系统中的低压、高电流电源是从-48V的背板上输入电压的，因此必须使用变压器耦合的方法来实现电隔离。在这些电源中，变压器副边整流器的传导损耗也是功率损耗的主要原因，而同步整流可以极大地减小这种功率损耗。由于在一定工作条件下，自驱动同步整流的可靠性较差，对于可靠性要求严格的通信系统中，外驱动技术更合适。传统的隔离电源设计中采用变压器原边控制技术，输出误差电压通过光耦反馈给变压器原边控制器，结果导致有很窄的闭环带宽（大约几千赫兹）。这种方案的负载瞬态响应是很低的。另一个方案是变压器副边脉宽调制（PWM）控制技术，或称为后稳压控制技术。在250kHz开关频率时，闭环带宽可达到大于50kHz。因此，在低压、高电流的电源设计中，这种方案更加普遍。

　　低压大电流电源的设计实例
　　大多数电信设备从墙壁或中心办公室的-48V背板上输入电压。如果线路板上有多个高电流电源，较好的办法是将48V电源总线变换成5V到12V之间的分布电源总线。多个非隔离的DC/DC变换器可以用于从这种中间电源总线上获得低压电源。然而，如果只有2路或3路输出电压，就可以直接从48V上变压。在这种情况下，为了获得好的稳压效果，必须采用变压器副边PWM控制技术。下面是两个设计的实例。第一个是从中间电源总线变压到低压的多相非隔离电源。第二个是从-48V（-36～-75V）输入的2路输出的隔离电源。

　　3.3～12V输入，1.5V/40A输出的多相电源
　　图1所示是一个简单的两相40A电源，使用Linear公司的LTC3729VH两相同步推挽控制器。LTC3729驱动两个相位相差180°的高功率同步推挽供电过程。控制器使用峰值电流模式控制以确保在平行阶段有准确的电流共享，使用片上的差分放大器可以实现真正的在正端和负端输出干线上的电压采样。市场上大多数多相控制器并不提供负端输出干线上的真正电压采样。如果需要超过40A的输出电流，就要增加多个供电过程，每个过程与另一个存在一定的相移，使用LTC3729来增加多个移相的供电过程是很容易的。通过将反馈误差放大器输入连接在一起就可实现电流自动共享。图2给出了用6个LTC3729控制器实现的12相工作的示意图。

　　具有后稳压的高效-48V（-36～-75V）输入，双路（3.3V和2.5V）输出的隔离电源
　　传统多路输出隔离电源依靠输出电感的耦合来达到辅助输出的稳压，但辅助输出的负载稳压性很差，而且耦合高电流的电感加工困难并因此价格昂贵。这个设计使用了基于后端稳压的芯片LTC3710驱动一个同步推挽电路对变压器副边电压进行降压。 图3给出了这个 -48V输入、3.3V和2.5V输出的隔离电源的简化原理图，更详细的原理图可以从Linear公司的LTC3710数据手册中获得。该设计对两路电压都使用同步整流。LTC1698在3.3V输出中驱动同步整流，并将3.3V电压反馈给变压器的原边。LTC3710在2.5V输出中驱动场效应管并直接在变压器的副边对2.5V输出进行稳压。这种方案使两路输出的效率更高，并且在2.5V输出中可以实现很快的负载瞬态响应。
　　由于底下的那只场效应管在大部分时间是导通的，所以2.5V输出中的同步整流相当重要。该设计在变压器的原边也使用了正向双开关结构，因为原边主场效应管的最大耐压是输入电压的最大值（75V），100V的低功耗场效应管完全能够取得很高的效率。主控制器LTC1681有3个主要的功能：驱动两个主开关管;给LTC1698产生同步信号;接收变压器副边3.3V的反馈信号从而对3.3V输出进行稳压。如果需要第三组电源，就可以在变压器的副边增加另外一只LTC3710。

结论
　　板载电源设计和多相工作技术满足了通信系统中低压、大电流电源的设计挑战。总体来说，它比传统方法降低了成本，并获得了更好的性能。对于隔离电源，同步整流和变压器副边控制技术也正由于它们的效率高和快速瞬态响应而被普遍采用。