【導讀】在任何通信系統中，停機時(shí)間都是不可接受的，這當然包括新的5G手機通信系統。獲得高可靠性通常需要5G宏基站對電力線(xiàn)浪涌和電氣干擾（例如雷電引起的瞬變和其它瞬變和過(guò)載）具有魯棒性。
在本文中，請了解保護三大基站系統，即基帶單元、電源和備用電池系統。
在任何通信系統中，停機時(shí)間都是不可接受的，這當然包括新的5G手機通信系統。獲得高可靠性通常需要5G宏基站對電力線(xiàn)浪涌和電氣干擾（例如雷電引起的瞬變和其它瞬變和過(guò)載）具有魯棒性。
除了電源線(xiàn)可能造成的損壞外，基站還必須可靠耐用，能夠抵御閃電和靜電放電（ESD）沖擊等環(huán)境電氣危害。設計工程師需要保護他們的5G基站免受這些電氣危害，以防止損壞基站并避免嚴重的停機時(shí)間。
在上一篇文章中，我們討論了5G宏基站的適當電路保護，包括浪涌保護器（SPD）、塔頂放大器和先進(jìn)天線(xiàn)系統（AAS）中的推薦保護元件。
本文將重點(diǎn)介紹保護三大基站系統，即：
● 基帶單元
● 電源
● 備用電池系統
我們還將致力于提出元件建議，以保護電路免受電氣危害并最大限度地降低功耗，提高產(chǎn)品壽命和可靠性。
保護基帶單元
基帶單元處理來(lái)自呼叫和數據傳輸的數據，并在有線(xiàn)基礎設施和AAS之間鏈接數據。此外，該設備對傳輸進(jìn)行編碼或對接收到的信號進(jìn)行解碼。注意基帶單元有自己的電源，如圖1所示。^
圖1.基帶單元框圖。圖片由Littelfuse公司提供
電源輸入
在電源輸入電路的輸入端，一種解決方案是使用熔斷器進(jìn)行過(guò)電流保護。此外，對于這種直流電路，您還可以考慮使用快速熔斷器。表面貼裝快斷型版本可用于節省空間的應用。
金屬氧化物壓敏電阻（MOV）和氣體放電管串聯(lián)組合還有助于保護電源輸入電路的前端免受通過(guò)主交流電源和備用電池電路的瞬態(tài)的影響。
由于電源輸入為所有其它電路供電，因此可以考慮在電源輸入電路的后端使用瞬態(tài)電壓抑制（TVS）二極管（如圖2所示）來(lái)保護這些電路免受瞬態(tài)和ESD的影響。
圖2.用于基站的TVS二極管示例。圖片由Littelfuse公司提供
TVS二極管具有比MOV更低的鉗位電壓，并且可以在下游電路中啟用更低額定電壓的元件。
以太網(wǎng)電路
當涉及到以太網(wǎng)電路時(shí)，帶有撬棒保護元件的瞬態(tài)保護可以保護以太網(wǎng)通信端口的完整性。
如果正在使用以太網(wǎng)供電（PoE）通信鏈路，請考慮使用保護晶閘管。
另一種保護解決方案是使用TVS二極管陣列和氣體放電管。與保護晶閘管相比，TVS二極管可以使用齊納二極管來(lái)鉗位瞬態(tài)，保護晶閘管則可以消除瞬態(tài)。
您可以尋找這些元件的低電容版本，以盡量減少對數據傳輸質(zhì)量的影響。
此外，如果協(xié)議是PoE，那么會(huì )包括一個(gè)熔斷器，以保護以太網(wǎng)電路免受連接到電路的搭接線(xiàn)路導致的過(guò)載的影響。
HDMI電路
對于HDMI電路，HDMI接口數據線(xiàn)應該有ESD保護。
可以考慮一個(gè)4線(xiàn)TVS二極管陣列（如圖3所示），以吸收高達20kV的ESD沖擊。
圖3.用于I/O線(xiàn)路保護的4線(xiàn)TVS二極管陣列。圖片由Littelfuse公司提供
尋找具有低于50nA的低泄漏電流和低于0.5pF的電容的元件以最大限度地減少對高速HDMI傳輸的干擾非常重要。
數字信號處理器（DSP）
要考慮的一個(gè)重要方面是基帶單元中的關(guān)鍵模塊，即DSP。該器件還應具有電壓瞬變保護。
與基帶單元中的其它電路一樣，TVS二極管將提供高達30kV的單向或雙向ESD保護。
保護電源和備用電池系統
總體而言，電源和備用電池系統提供交流線(xiàn)路電源和直流電池備用電源，以確保在禁用交流線(xiàn)路電源時(shí)基站保持供電。圖4顯示了電源和備用電池系統的電路塊。
圖4.電源和備用電池系統框圖。圖片由Littelfuse公司提供
保護輸入保護、整流器和濾波電路
在宏基站應用中，輸入保護、整流器和濾波器將交流輸入轉換為直流。由于它與交流線(xiàn)路連接，因此需要一整套過(guò)電流和過(guò)電壓瞬態(tài)保護。
對于電流過(guò)載和短路保護，使用快速熔斷器可以防止損壞電源中的功率半導體。使用這種方法，有必要確保所選熔斷器具有額定電流，以避免由于電源的浪涌電流而造成的麻煩故障。
此外，熔斷器的額定電壓超過(guò)交流線(xiàn)路上的電壓也很重要。其它電源電路可以在輸入線(xiàn)路上加入一個(gè)MOV和氣體放電管，以吸收和保護電路免受交流線(xiàn)路感應電壓瞬變的影響。還建議在電路中使用TVS二極管，以提高對瞬態(tài)浪涌的抗擾度并提高長(cháng)期可靠性。
最后，在電路中添加一個(gè)磁傳感器可以確保在電子柜上的門(mén)打開(kāi)時(shí)電源斷電。
高頻轉換器和鉗位電路
高頻轉換器和鉗位器將整流后的交流線(xiàn)電壓轉換為kHz頻率范圍內的脈沖波形。
TVS二極管可用于吸收任何設法通過(guò)輸入電路的瞬變并保護下游電路。
為了最大限度地提高開(kāi)關(guān)電源的效率，可以使用具有低Rds（on）和高dv/dt的MOSFET來(lái)降低通態(tài)功耗和開(kāi)關(guān)功率損耗。
輸出整流濾波電路
輸出整流和濾波器將脈沖電壓轉換回直流電壓。一種解決方案是使用具有超低正向電壓的肖特基二極管整流器來(lái)減少電路中的損耗。由于正向壓降低，肖特基二極管有助于提高電源效率。
輸出直流保護電路
為了幫助保護電源，一種方法是在輸出直流保護電路中使用快速熔斷器。該解決方案可以保護電源免受負載中的任何過(guò)載故障，包括AAS和基帶單元。
備用電池
最后，備用電池是一種大功率電池組，可以在交流電源中斷時(shí)支持基站。為了幫助保護此設備，考慮在電池電路上使用快速熔斷器以提供過(guò)載保護非常重要。
此外，監測電池溫升對于確保電池的安全性是必要的。為此，您可以使用放置在電池組模塊上的表面貼裝熱敏電阻。這種方法還可以幫助保護電池組模塊免于過(guò)度充電。
另一種解決方案可能是三端熔斷器，它可用于檢測過(guò)電壓情況并充當熔斷器，將模塊與充電電壓斷開(kāi)。該元件可以替代快速熔斷器。
另一個(gè)可以作為備用電池電路中電池管理IC備用的元件是微型斷路器，它可以是與聚合物正溫度系數元件并聯(lián)的開(kāi)關(guān)。該元件為電池組提供過(guò)熱和過(guò)流保護，并提供輔助保護元件，幫助防止電池組進(jìn)入過(guò)充電狀態(tài)或過(guò)放電狀態(tài)。
總體而言，備用電池電路中的電池管理系統（BMS）具有連接到每個(gè)電池組的單個(gè)電池的電壓檢測線(xiàn)。這些感應線(xiàn)容易受到ESD和其它電壓瞬變的影響。建議使用由一個(gè)封裝組成的TVS二極管陣列，其中兩個(gè)TVS二極管在檢測線(xiàn)上以陽(yáng)極到陽(yáng)極的方式連接，以實(shí)現雙極瞬態(tài)保護。
當備用電池電路使用I2C通信協(xié)議將電池組的狀態(tài)從電量計IC傳輸到電池管理IC時(shí)，請考慮使用聚合物正溫度系數元件在高壓瞬態(tài)期間限制I2C線(xiàn)路上的電流。該系列元件可保護安全吸收I2C數據線(xiàn)上瞬變的過(guò)壓組件。
設計基站以實(shí)現最長(cháng)正常運行時(shí)間
總而言之，通信基礎設施必須具有極高的可靠性，才能使正常運行時(shí)間超過(guò)99.9%。推薦的元件技術(shù)可以通過(guò)保護電路免受五種電氣危險源的影響，幫助提供無(wú)線(xiàn)通信基礎設施所需的高可靠性。
設計人員可以使用范圍廣泛的安全元件和多個(gè)版本的元件。設計人員可以通過(guò)與元件制造商的應用工程師合作來(lái)指定所需的保護、控制和傳感元件，從而節省開(kāi)發(fā)時(shí)間。此外，應用工程師可以協(xié)助指導滿(mǎn)足基站的國家和國際標準。一些制造商還提供預符合性測試，以幫助設計人員符合標準。
最重要的是：保護基站設計免受過(guò)載電流和電壓瞬態(tài)危害對于確保制造商在快速增長(cháng)的5G市場(chǎng)中提供高可靠性設備至關(guān)重要。
（來(lái)源：EDN電子技術(shù)設計，作者：Todd Phillips，Littelfuse公司）
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