【導讀】當下，正處于4G和5G的交接期，基站的建設(shè)格外引人關(guān)注。4G時代，中國三大運營商的運營頻段主要集中在900MHz和1.8GHz，而室外5G的頻譜規(guī)劃為3.4~3.6GHz和4.8~4.9GHz。按照衰減公式，頻率越大衰減越快。照此預計，中國三大運營商最終建設(shè)的5G基站數(shù)量將是4G時代的數(shù)倍。即使為了經(jīng)濟效益最大化，三大運營商選擇4G+5G的混合信號覆蓋方式，新增的5G基站數(shù)量也將達到數(shù)百萬。
<圍繞5G基建的市場動向>
當下，正處于4G和5G的交接期，基站的建設(shè)格外引人關(guān)注。4G時代，中國三大運營商的運營頻段主要集中在900MHz和1.8GHz，而室外5G的頻譜規(guī)劃為3.4~3.6GHz和4.8~4.9GHz。按照衰減公式，頻率越大衰減越快。照此預計，中國三大運營商最終建設(shè)的5G基站數(shù)量將是4G時代的數(shù)倍。即使為了經(jīng)濟效益最大化，三大運營商選擇4G+5G的混合信號覆蓋方式，新增的5G基站數(shù)量也將達到數(shù)百萬。
從結(jié)構(gòu)而言，5G基站和4G基站并沒有差別，都是BBU設(shè)備、RRU設(shè)備和天線。其中，BBU設(shè)備負責基帶數(shù)字信號處理，RRU設(shè)備負責信號數(shù)模轉(zhuǎn)換、調(diào)制和PA放大，天線負責信號發(fā)射。不過，由于5G的核心組網(wǎng)和4G完全不同，因此4G基站對于5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的幫助可以說是微乎其微，必須要重建。因此，中國三大運營商選擇SA(獨立組網(wǎng))也是明智之舉。
在5G基站重建和新建的過程中，改變的不僅僅是天線、BBU設(shè)備和RRU設(shè)備，配套資源也需要更新。這其中，電源換新是很重要的一步，包括基站電源和供電電源。5G基站供電系統(tǒng)主要包括UPS（Uninterruptable Power System，不間斷電源）和HVDC（High-Voltage Direct Current，高壓直流）。UPS需要對原有4G基站進行擴容，HVDC則需要新建。
隨著5G信號逐漸大規(guī)模覆蓋，大量5G基站的新建與重建以及4G基站的擴容已經(jīng)逐步開工，這勢必會為電源市場帶來新的機會，對鋰電池、機房溫控設(shè)備、基礎(chǔ)元件的需求都將激增。
同時，不同的供電方式也對基礎(chǔ)元器件提出了不同的挑戰(zhàn)。對于基站電源和UPS而言，要求元器件具有更高的可靠性、保護性和可維護性;對于HVDC而言，元器件需要能夠承受高壓條件，同時也要符合HVDC供電的高效率和低運營成本。
作為全球知名半導體廠商，羅姆（ROHM）針對無線基站推出了多款解決方案，包括SiC功率元器件、MOSFET和DC/DC轉(zhuǎn)換器等，助力電信運營商及設(shè)備生產(chǎn)商更好地完成4G到5G的平穩(wěn)升級。
羅姆面向基站的解決方案示意圖
本文將介紹在面向基站的上述解決方案中的重點產(chǎn)品。
<針對UPS供電的電源IC>
羅姆針對UPS供電方式(①)，提供外置FET的升降壓開關(guān)控制器“BD9035AEFV-C”、1ch同步降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器“BD9B304QWZ”以及“BD9F800MUX”。
首先，升降壓開關(guān)控制器“BD9035AEFV-C”的主要特性如下：
● 升降壓自動控制
● 高精度開關(guān)頻率：±7％（Ta = -40~+125℃）
● PLL同步頻率：100k~600kHz
● 采用單個外置電阻的雙杠桿過流保護
● 搭載UVP、OVP、UVLO、TSD保護功能
● 恒定輸出監(jiān)視器引腳（PGOOD）
● 符合AEC-Q100
BD9035AEFV-C的輸入電壓范圍為3.8V~30V，開關(guān)頻率在100kHz~600kHz，能夠在-40℃~+125℃工作溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。這些優(yōu)質(zhì)特性讓其不僅能夠用于基站建設(shè)，還能夠應(yīng)用于汽車設(shè)備、工業(yè)設(shè)備和其他電子設(shè)備。
BD9035AEFV-C應(yīng)用電路
其次，1ch同步整流降壓轉(zhuǎn)換器“BD9F800MUX”的主要特點如下：
● 內(nèi)置低導通阻抗功率MOSFET的1ch同步降壓轉(zhuǎn)換器
● 導通時間恒定的控制方式可提供快速的瞬態(tài)響應(yīng)，無需外部補償回路
● 寬輸入電壓范圍：4.5V~28V
● 非常適用于12V系統(tǒng)電源
● 絕對最大額定電源電壓：30V（VIN）
● 搭載過流保護、短路保護、過溫保護、欠壓保護等完善的保護電路
BD9F800MUX輸入電壓范圍為4.5V~28V，開關(guān)頻率在300kHz或600kHz，最大輸出電流為8.0A，封裝尺寸為3.5mm×3.5mm×0.6mm。在基站建設(shè)方面，可用于DSP、FPGA、微處理器等的降壓電源。此外，也可用于液晶電視、DVD /藍光播放器、錄像機、機頂盒等消費電子設(shè)備。
BD9F800MUX應(yīng)用電路
第三，1ch同步整流降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器BD9B304QWZ的主要特點如下：
● 內(nèi)置低導通阻抗功率MOSFET
● 輸入電壓范圍：2.7 V~5.5V
● 輸出電壓范圍：0.8V~VIN × 0.8V
● 參考電壓：0.8V±1.0％
● 開關(guān)頻率：1MHz/2MHz
● 輸出電流：3A
BD9B304QWZ的主要優(yōu)點是通過高效率實現(xiàn)低功耗工作。Deep-SLLM控制(升級版低負荷高效率模式)可實現(xiàn)80%以上的效率。同時，BD9B304QWZ是內(nèi)置MOSFET的同步整流器，無需外部FET和二極管，節(jié)省安裝空間，實現(xiàn)了低成本。
基于上述各自的優(yōu)點，BD9B304QWZ和BD9F800MUX雖然特性各不相同，但是應(yīng)用范圍基本相同，可用于基站建設(shè)中DSP、FPGA、微處理器等的降壓電源，也可用于液晶電視、DVD /藍光播放器、錄像機、機頂盒等消費電子設(shè)備。
BD9B304QWZ應(yīng)用電路
<針對HVDC供電的電源IC>
針對HVDC供電方式(②)，羅姆提供80V/3ADC/DC 轉(zhuǎn)換器“BD9G341AEFJ-LB”等產(chǎn)品。
“BD9G341AEFJ-LB”的主要特點如下：
● 推薦輸入電壓：12~76V
● 基準電壓精度：±1.5％（25℃）
● 開關(guān)頻率：50k至750kHz（典型值）
● 最大輸出電流：3.0A（Max）
● 最小過電流檢測閾值：3.5A（min）@Tj=150℃
● 最大結(jié)點溫度：Tjmax=150℃
BD9G341AEFJ-LB內(nèi)置80V/3.5A/150mΩ的Nch功率MOSFET，采用電流模式控制，實現(xiàn)了高速瞬態(tài)響應(yīng)和簡便的相位補償設(shè)定。除了內(nèi)置過流保護、欠壓鎖定、過熱保護、過壓保護等這些基本保護功能外，還能實現(xiàn)了0µA待機電流和軟啟動。相比一般產(chǎn)品，BD9G341AEFJ-LB實現(xiàn)了諸多方面的突破，包括更高的工作電壓、更大的工作電流和更小的封裝尺寸等。在300kHz、Vo=5V、VCC=24V的工作條件下，當輸出電流在0~100mA范圍時，BD9G341AEFJ-LB相較于一般產(chǎn)品在能效上提高了8%-17.6%。
為了滿足未來包括基站電源在內(nèi)的龐大的市場需求，羅姆將在DC/DC轉(zhuǎn)換器方面繼續(xù)開發(fā)相關(guān)產(chǎn)品。
<為5G基站帶來革新的SiC功率元器件>
當然，除了供電方式發(fā)生變化，5G基站建設(shè)對器件材料變革也有推動作用。由于高頻、高溫、抗輻射以及大功率等挑戰(zhàn)，以SiC功率元器件（③）為首的高性能半導體材料將在5G建設(shè)上有重要應(yīng)用。為了幫助客戶更好地應(yīng)對5G基站建設(shè)過程中的上述挑戰(zhàn)，羅姆已經(jīng)推出第三代碳化硅材料的肖特基勢壘二極管（SiC-SBD）。
羅姆SiC-SBD產(chǎn)品開發(fā)示意圖
相較于第二代產(chǎn)品，第三代擁有更好的正向電壓(VF)特性和更好的反向電流(IR)特性。
正向電壓(VF)特性 反向電流(IR)特性
得益于羅姆第三代SiC-SBD更好的VF和IR特性，客戶在設(shè)計產(chǎn)品的過程中可以采用更低的開啟電壓，在正向切為反向時，為了降低功耗，器件將產(chǎn)生更小的瞬態(tài)電流。但是，因為SiC-SBD的瞬態(tài)電流本質(zhì)上不隨正向電流變化，恢復時產(chǎn)生的恢復電流很小，降低了系統(tǒng)噪聲。
相比一般產(chǎn)品，第三代 650VSiC-SBD表現(xiàn)出更好的產(chǎn)品性能，包括實現(xiàn)更高的IFSM，更低的漏電流，以及進一步降低VF等。
目前，羅姆在650VSiC-SBD方面擁有豐富的產(chǎn)品組合。
羅姆650V SiC-SBD產(chǎn)品陣容
面對5G基站建設(shè)多樣化的需求和復雜的應(yīng)用環(huán)境所帶來的挑戰(zhàn)，羅姆將持續(xù)保證所供應(yīng)電源器件的穩(wěn)定性和耐久性，助力運營商和設(shè)備廠商完成高速穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。
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