開關(guān)電源在無線通信設(shè)備中的應(yīng)用

閆冬青

（新疆和田地區(qū)無線電管理局，新疆 和田 848000）

1 無線通信設(shè)備中應(yīng)用開關(guān)電源的基本原理分析

無線通信設(shè)備中，需要經(jīng)常使用開關(guān)電源來進(jìn)行電壓的變壓處理，應(yīng)用比較廣泛的一類元器件就是DC/DC變換器開關(guān)電源。通過應(yīng)用DC/DC變換器，可以根據(jù)無線通信設(shè)備系統(tǒng)的運(yùn)行要求，對(duì)獲得的電壓進(jìn)行升降，進(jìn)而有效控制電壓振動(dòng)波形，確保無線通信設(shè)備的有效運(yùn)行和功能的正常發(fā)揮。

具體地，無線通信設(shè)備中應(yīng)用的開關(guān)電源——DC/DC變換器，主要原理是利用變壓器設(shè)備構(gòu)建的相關(guān)電路系統(tǒng)來反饋控制形成可靠的電壓變換機(jī)制。變壓器通常會(huì)受到電路內(nèi)部開關(guān)操作的影響，進(jìn)而在系統(tǒng)的運(yùn)行中得到信號(hào)反饋，從而有效獲得穩(wěn)定輸出電壓。通常變壓器可以分成隔離和非隔離兩大類型，非隔離類型是指在電壓的升降處理中，直流輸入和輸出連接在一起的方式，而隔離類型是指直流輸入和輸出分開的方式。

非隔離模式變壓電路主要工作原理具體如下。升壓電路環(huán)節(jié)，利用開關(guān)閉合線圈存儲(chǔ)能量的開關(guān)，將其進(jìn)行斷開處理，以實(shí)現(xiàn)負(fù)載的有效釋放；隨后應(yīng)用電路電流連續(xù)流過線圈的性能，將開關(guān)閉合進(jìn)行反向電壓處理，以實(shí)現(xiàn)和輸入電壓的有效整合，從而生成更高的電壓進(jìn)行輸出，實(shí)現(xiàn)了電壓從低壓到高壓的有效轉(zhuǎn)化處理。降壓電路環(huán)節(jié)，主要是利用開關(guān)閉合過程中輸入和輸出儲(chǔ)存電壓逐漸存在的壓力差，進(jìn)而通過快速斷開的方式逐漸將接地二極管輸出端的壓力釋放出來。通常為了確保電壓調(diào)整的可靠性，還需要對(duì)直流輸出、基準(zhǔn)電壓進(jìn)行對(duì)比分析，以有效發(fā)現(xiàn)電壓波動(dòng)變化的誤差，進(jìn)而采取有效的措施?？偨Y(jié)控制開關(guān)時(shí)間比例的方法來對(duì)開關(guān)元件進(jìn)行精準(zhǔn)控制，從而確保電壓輸出的穩(wěn)定性和精準(zhǔn)性。此外為了有效防范可能存在的噪聲，避免頻率過高對(duì)原本電源內(nèi)部的噪聲產(chǎn)生更多的不利影響，需要配置相關(guān)的外圍電路，并實(shí)施濾波處理，或者增設(shè)相關(guān)的過電流保護(hù)、防沖擊電流保護(hù)等附件功能保護(hù)電路。

2 無線通信設(shè)備領(lǐng)域應(yīng)用開關(guān)電源的優(yōu)勢(shì)分析

無線通信系統(tǒng)運(yùn)行過程中，需要很多的設(shè)備和元器件，每一種設(shè)備都需要保證其性能，才能更好地提升整體無線通信系統(tǒng)的運(yùn)行效能和穩(wěn)定性。無線通信設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行過程中，開關(guān)電源的優(yōu)勢(shì)非常明顯，通過開關(guān)電源DC/DC變換器，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種電池電壓的降壓和升壓的有效轉(zhuǎn)換，進(jìn)而更好地滿足運(yùn)行的需要，提高電壓的可靠性和穩(wěn)定性。在無線通信設(shè)備領(lǐng)域引入開關(guān)電源，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可以滿足系統(tǒng)運(yùn)行的要求，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)高效能運(yùn)轉(zhuǎn)，保證系統(tǒng)穩(wěn)定性，降低噪聲帶來的不良影響，是智能化時(shí)代的發(fā)展產(chǎn)物[1]。

無線通信設(shè)備運(yùn)行管理過程中，開關(guān)電源的應(yīng)用需要進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，按照基本的流程和要求進(jìn)行，才能確保各種類型電壓的快速有效轉(zhuǎn)化。具體開關(guān)電源的利用過程中，應(yīng)當(dāng)充分考慮無線通信設(shè)備運(yùn)行的要求和整體系統(tǒng)功能的要求。通常，開關(guān)電源DC/DC變壓器設(shè)計(jì)過程需按照如下步驟進(jìn)行實(shí)施。（1）要明確變壓器相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)體系和要求。變壓器的轉(zhuǎn)化，具有自動(dòng)化功能，但是需要根據(jù)具體的適用范圍、環(huán)境及要求等確定可以進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)化的幅度和范圍，以避免影響整體變壓器功能的發(fā)揮。因此，應(yīng)當(dāng)首先確定變壓器相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)，對(duì)變壓器變壓可以變化的范圍以及能夠輸出的電壓的具體指標(biāo)范圍進(jìn)行確定，同時(shí)確保變壓器自身可承載能力達(dá)標(biāo)。以此為基礎(chǔ)進(jìn)行綜合分析和基礎(chǔ)研究后，方可選擇匹配的變壓器類型。（2）需要對(duì)變壓器的工作頻率進(jìn)行研究。通常，無線通信設(shè)備運(yùn)行過程中，變壓器性能的發(fā)揮一定程度上需要總結(jié)其工作頻率。頻率性能的發(fā)揮會(huì)直接影響系統(tǒng)的電源噪聲、體系和相關(guān)功能的轉(zhuǎn)化與利用，通常需要根據(jù)無線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求和參數(shù)，確定變壓器的具體工作頻率，一般會(huì)優(yōu)先考慮工作頻率大的變壓器來進(jìn)行配備使用。（3）合理確定變壓器需要配置的關(guān)聯(lián)元器件設(shè)備。變壓器工作過程中，相關(guān)元器件的選擇也非常重要，如果元器件選擇不合理，將不利于電壓的有效、安全、穩(wěn)定轉(zhuǎn)化。因此，需要總結(jié)變壓器運(yùn)行的規(guī)律，并針對(duì)相配套的元器件進(jìn)行科學(xué)選擇，以實(shí)現(xiàn)電壓的有效隔離和快速轉(zhuǎn)化。通常需要對(duì)非隔離方式及隔離方式變壓器初次匝數(shù)按照相關(guān)的原理和公式進(jìn)行科學(xué)分析，以確定變壓器的元器件類型。此外，要注意電源變化的頻率通常還會(huì)受到開關(guān)管性能的影響，所以開關(guān)管的選擇也非常重要。在整體變壓器的配置方面，既要充分考慮變壓器本身的性能，以及相關(guān)元器件的性能，同時(shí)要從節(jié)能降耗的角度來進(jìn)行分析，這樣可以提高無線通信設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行的高效性和經(jīng)濟(jì)性。電源的處理非常重要，電源處理不當(dāng)將會(huì)導(dǎo)致能耗增加，進(jìn)而不利于科學(xué)控制無線通信設(shè)備運(yùn)行的成本。通常需要采用逐漸增加線圈、電容器的方式來進(jìn)行電源處理，以有效提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，減少噪聲等帶來的不利影響[2]。

除需要考慮無線通信設(shè)備中開關(guān)電源的具體類型以及相關(guān)變換器的功能以外，還需要綜合權(quán)衡外界元件的性能。因?yàn)樽儞Q器的轉(zhuǎn)換效率和質(zhì)量一定程度上由外接元件的性能來決定，所以需要對(duì)外接元件的性能進(jìn)行統(tǒng)籌分析。通常會(huì)采用實(shí)驗(yàn)的方式，然后進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，從而有效確定外接元件的各項(xiàng)參數(shù)，以選擇匹配的類型，最大限度地保證變換器功能的發(fā)揮，減少外接元件對(duì)其造成的不利影響。對(duì)于變換器，外接元件影響最為明顯的當(dāng)屬線圈。通過不斷提高線圈的電感來增強(qiáng)變換器的轉(zhuǎn)換效率，但是也會(huì)導(dǎo)致線圈直流電阻增大，進(jìn)而對(duì)變換器的轉(zhuǎn)換效率產(chǎn)生抑制作用；電感的減小，可以有效降低線圈的高度，但是也會(huì)導(dǎo)致流經(jīng)電路的峰值電流過大。因此，需要對(duì)相關(guān)的功能進(jìn)行科學(xué)分析，并通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)的方式來進(jìn)行綜合研究，以更好地選擇功率匹配的電阻元器件[3]。

隨著科技水平的不斷提升，市場(chǎng)上逐漸研發(fā)出了導(dǎo)通電阻較小、性能良好的功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）。將功率MOSFET應(yīng)用于開關(guān)管中，可以有效突破雙極型晶體管應(yīng)用帶來的不足，當(dāng)然由于金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管自身會(huì)受到柵電容的影響，如果控制不當(dāng)將會(huì)導(dǎo)致?lián)p耗的增加，不利于提升變換器的轉(zhuǎn)換效率，所以需要有效統(tǒng)籌和分析功率MOSFET的導(dǎo)通電阻與電容相互之間的制約關(guān)系，以計(jì)算出最佳的導(dǎo)通電阻參數(shù)[4]。

為最大限度地提升無線通信設(shè)備中開關(guān)電源的轉(zhuǎn)換效率，減少能耗損失，會(huì)采取如下方式。（1）選擇和系統(tǒng)低電壓化相匹配的電源電路，以降低工作電壓，進(jìn)而不斷提升電流，實(shí)現(xiàn)同頻轉(zhuǎn)化。目前應(yīng)用比較廣泛的變換器電路為CPU電源配件。（2）從減少電源所占空間的角度來進(jìn)行電源迷你、小型化處理。通常采用的方式是降低線圈的厚度，應(yīng)用兩個(gè)陶瓷電容更換線圈，以實(shí)現(xiàn)電壓的有效轉(zhuǎn)換和利用。（3）不斷提高電源運(yùn)行的高效性。變換器整體運(yùn)行中，電源的作用非常重要。為了進(jìn)一步提升運(yùn)行效率，減少損耗，可以配置相關(guān)的柵電容較小的功率MOSFET等外接元件[5]。

3 新形勢(shì)下無線通信設(shè)備中開關(guān)電源的發(fā)展方向探析

無線通信設(shè)備運(yùn)行過程中，開關(guān)電源發(fā)揮的作用非常重要。未來隨著技術(shù)的發(fā)展和升級(jí)，開關(guān)電源的性能將更加優(yōu)化，開關(guān)電源技術(shù)將向著如下方向進(jìn)一步拓展。

第一，數(shù)字化方向發(fā)展。隨著智能化時(shí)代的到來，大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，傳統(tǒng)的功率電子技術(shù)在應(yīng)用過程中暴露出一些不足。目前，在國家無線通信領(lǐng)域模擬電路體系中，很多設(shè)備都采用了數(shù)字化技術(shù)，開關(guān)電源技術(shù)也逐漸向著數(shù)字化方式升級(jí)，從而可以構(gòu)建相關(guān)的模型和模擬系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)智能化控制。

第二，高效化方向發(fā)展。隨著無線通信設(shè)備運(yùn)行性能、要求等的不斷提高，對(duì)開關(guān)電源的要求也在不斷升級(jí)，所以需要在開關(guān)電源的體積、轉(zhuǎn)換頻率等方面進(jìn)行深入研究，要統(tǒng)籌分析開關(guān)電源的體系、轉(zhuǎn)換頻率和對(duì)元器件的損耗等，綜合分析后選擇匹配的開關(guān)電源。這也是未來開關(guān)電源技術(shù)需要突破的難點(diǎn)[6]。

為了進(jìn)一步提升無線通信設(shè)備運(yùn)行效能，開關(guān)電源技術(shù)也將在新的領(lǐng)域取得更多的突破。例如，隨著近年來我國隔離技術(shù)的不斷升級(jí)，針對(duì)電子設(shè)備系統(tǒng)可以設(shè)定不同負(fù)載的電源系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)在低壓領(lǐng)域的效率提升。此外，在軟開關(guān)技術(shù)方面也取得了較大的突破，越來越多的軟開關(guān)技術(shù)被逐漸開發(fā)出來，以不斷提升變換器轉(zhuǎn)換效能。功率因數(shù)校正技術(shù)也逐漸引入國內(nèi)，國家相關(guān)部門也在不斷學(xué)習(xí)和借鑒國外在該技術(shù)方面的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國無線通信設(shè)備領(lǐng)域的開發(fā)應(yīng)用情況，探索PFC技術(shù)和無源技術(shù)的適用效能。

4 結(jié) 論

本文著重探討了開關(guān)電源的基本原理及優(yōu)勢(shì)，并介紹了無線通信設(shè)備中開關(guān)電源的應(yīng)用情況。此外，還對(duì)新形勢(shì)下無線通信設(shè)備中開關(guān)電源的發(fā)展方向進(jìn)行了探析。