5G基建催生庞大电源需求，且看罗姆的应对之策
品慧电子讯当下，正处于4G和5G的交接期，基站的建设格外引人关注。4G时代，中国三大运营商的运营频段主要集中在900MHz和1.8GHz，而室外5G的频谱规划为3.4~3.6GHz和4.8~4.9GHz。按照衰减公式，频率越大衰减越快。照此预计，中国三大运营商最终建设的5G基站数量将是4G时代的数倍。即使为了经济效益最大化，三大运营商选择4G+5G的混合信号覆盖方式，新增的5G基站数量也将达到数百万。
<围绕5G基建的市场动向>
当下，正处于4G和5G的交接期，基站的建设格外引人关注。4G时代，中国三大运营商的运营频段主要集中在900MHz和1.8GHz，而室外5G的频谱规划为3.4~3.6GHz和4.8~4.9GHz。按照衰减公式，频率越大衰减越快。照此预计，中国三大运营商最终建设的5G基站数量将是4G时代的数倍。即使为了经济效益最大化，三大运营商选择4G+5G的混合信号覆盖方式，新增的5G基站数量也将达到数百万。
从结构而言，5G基站和4G基站并没有差别，都是BBU设备、RRU设备和天线。其中，BBU设备负责基带数字信号处理，RRU设备负责信号数模转换、调制和PA放大，天线负责信号发射。不过，由于5G的核心组网和4G完全不同，因此4G基站对于5G网络建设的帮助可以说是微乎其微，必须要重建。因此，中国三大运营商选择SA(独立组网)也是明智之举。
在5G基站重建和新建的过程中，改变的不仅仅是天线、BBU设备和RRU设备，配套资源也需要更新。这其中，电源换新是很重要的一步，包括基站电源和供电电源。5G基站供电系统主要包括UPS（Uninterruptable Power System，不间断电源）和HVDC（High-Voltage Direct Current，高压直流）。UPS需要对原有4G基站进行扩容，HVDC则需要新建。
随着5G信号逐渐大规模覆盖，大量5G基站的新建与重建以及4G基站的扩容已经逐步开工，这势必会为电源市场带来新的机会，对锂电池、机房温控设备、基础元件的需求都将激增。
同时，不同的供电方式也对基础元器件提出了不同的挑战。对于基站电源和UPS而言，要求元器件具有更高的可靠性、保护性和可维护性;对于HVDC而言，元器件需要能够承受高压条件，同时也要符合HVDC供电的高效率和低运营成本。
作为全球知名半导体厂商，罗姆（ROHM）针对无线基站推出了多款解决方案，包括SiC功率元器件、MOSFET和DC/DC转换器等，助力电信运营商及设备生产商更好地完成4G到5G的平稳升级。
罗姆面向基站的解决方案示意图
本文将介绍在面向基站的上述解决方案中的重点产品。
<针对UPS供电的电源IC>
罗姆针对UPS供电方式(①)，提供外置FET的升降压开关控制器“BD9035AEFV-C”、1ch同步降压型DC/DC转换器“BD9B304QWZ”以及“BD9F800MUX”。
首先，升降压开关控制器“BD9035AEFV-C”的主要特性如下：
● 升降压自动控制
● 高精度开关频率：±7％（Ta = -40~+125℃）
● PLL同步频率：100k~600kHz
● 采用单个外置电阻的双杠杆过流保护
● 搭载UVP、OVP、UVLO、TSD保护功能
● 恒定输出监视器引脚（PGOOD）
● 符合AEC-Q100
BD9035AEFV-C的输入电压范围为3.8V~30V，开关频率在100kHz~600kHz，能够在-40℃~+125℃工作温度范围内稳定运转。这些优质特性让其不仅能够用于基站建设，还能够应用于汽车设备、工业设备和其他电子设备。
BD9035AEFV-C应用电路
其次，1ch同步整流降压转换器“BD9F800MUX”的主要特点如下：
● 内置低导通阻抗功率MOSFET的1ch同步降压转换器
● 导通时间恒定的控制方式可提供快速的瞬态响应，无需外部补偿回路
● 宽输入电压范围：4.5V~28V
● 非常适用于12V系统电源
● 绝对最大额定电源电压：30V（VIN）
● 搭载过流保护、短路保护、过温保护、欠压保护等完善的保护电路
BD9F800MUX输入电压范围为4.5V~28V，开关频率在300kHz或600kHz，最大输出电流为8.0A，封装尺寸为3.5mm×3.5mm×0.6mm。在基站建设方面，可用于DSP、FPGA、微处理器等的降压电源。此外，也可用于液晶电视、DVD /蓝光播放器、录像机、机顶盒等消费电子设备。
BD9F800MUX应用电路
第三，1ch同步整流降压DC/DC转换器BD9B304QWZ的主要特点如下：
● 内置低导通阻抗功率MOSFET
● 输入电压范围：2.7 V~5.5V
● 输出电压范围：0.8V~VIN × 0.8V
● 参考电压：0.8V±1.0％
● 开关频率：1MHz/2MHz
● 输出电流：3A
BD9B304QWZ的主要优点是通过高效率实现低功耗工作。Deep-SLLM控制(升级版低负荷高效率模式)可实现80%以上的效率。同时，BD9B304QWZ是内置MOSFET的同步整流器，无需外部FET和二极管，节省安装空间，实现了低成本。
基于上述各自的优点，BD9B304QWZ和BD9F800MUX虽然特性各不相同，但是应用范围基本相同，可用于基站建设中DSP、FPGA、微处理器等的降压电源，也可用于液晶电视、DVD /蓝光播放器、录像机、机顶盒等消费电子设备。
BD9B304QWZ应用电路
<针对HVDC供电的电源IC>
针对HVDC供电方式(②)，罗姆提供80V/3ADC/DC 转换器“BD9G341AEFJ-LB”等产品。
“BD9G341AEFJ-LB”的主要特点如下：
● 推荐输入电压：12~76V
● 基准电压精度：±1.5％（25℃）
● 开关频率：50k至750kHz（典型值）
● 最大输出电流：3.0A（Max）
● 最小过电流检测阈值：3.5A（min）@Tj=150℃
● 最大结点温度：Tjmax=150℃
BD9G341AEFJ-LB内置80V/3.5A/150mΩ的Nch功率MOSFET，采用电流模式控制，实现了高速瞬态响应和简便的相位补偿设定。除了内置过流保护、欠压锁定、过热保护、过压保护等这些基本保护功能外，还能实现了0µA待机电流和软启动。相比一般产品，BD9G341AEFJ-LB实现了诸多方面的突破，包括更高的工作电压、更大的工作电流和更小的封装尺寸等。在300kHz、Vo=5V、VCC=24V的工作条件下，当输出电流在0~100mA范围时，BD9G341AEFJ-LB相较于一般产品在能效上提高了8%-17.6%。
为了满足未来包括基站电源在内的庞大的市场需求，罗姆将在DC/DC转换器方面继续开发相关产品。
<为5G基站带来革新的SiC功率元器件>
当然，除了供电方式发生变化，5G基站建设对器件材料变革也有推动作用。由于高频、高温、抗辐射以及大功率等挑战，以SiC功率元器件（③）为首的高性能半导体材料将在5G建设上有重要应用。为了帮助客户更好地应对5G基站建设过程中的上述挑战，罗姆已经推出第三代碳化硅材料的肖特基势垒二极管（SiC-SBD）。
罗姆SiC-SBD产品开发示意图
相较于第二代产品，第三代拥有更好的正向电压(VF)特性和更好的反向电流(IR)特性。
正向电压(VF)特性 反向电流(IR)特性
得益于罗姆第三代SiC-SBD更好的VF和IR特性，客户在设计产品的过程中可以采用更低的开启电压，在正向切为反向时，为了降低功耗，器件将产生更小的瞬态电流。但是，因为SiC-SBD的瞬态电流本质上不随正向电流变化，恢复时产生的恢复电流很小，降低了系统噪声。
相比一般产品，第三代 650VSiC-SBD表现出更好的产品性能，包括实现更高的IFSM，更低的漏电流，以及进一步降低VF等。
目前，罗姆在650VSiC-SBD方面拥有丰富的产品组合。
罗姆650V SiC-SBD产品阵容
面对5G基站建设多样化的需求和复杂的应用环境所带来的挑战，罗姆将持续保证所供应电源器件的稳定性和耐久性，助力运营商和设备厂商完成高速稳定的网络覆盖。
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