分布式基站DBS电源硬件详细设计报告.docx

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分布式基站DBS电源硬件详细设计报告

分布式基站DBS电源硬件详细设计报告

（仅供内部使用）

目录

关键词

5

摘要

5

缩略语清单

5

参考文献、引用标准及规范

5

参考资料清单

6

1.概述

7

2.DBS电源设计方案

7

2.1DBS电源设计方案一

7

2.1.1.DBS电源设计方案一产品主要性能参数和规格说明

8

2.1.2.DBS电源设计方案一的引用标准及规范

8

2.1.3.DBS电源设计方案一的环境条件

9

2.1.4.DBS电源设计方案一的电气特性

9

2.1.5.DBS电源设计方案一的安规特性

10

2.1.6.DBS电源设计方案一的机械特性

11

2.2.DBS电源设计方案二

12

2.2.1DBS电源设计方案二AC-DC电源模块单元的产品说明及相关的技术参数设计

13

2.2.2DBS电源设计方案二的5.7V,和3.3电源设计

16

2.2.3.DBS电源设计方案二的-5V电源设计

21

2.2.4.DBS电源设计方案二关键器件型号

22

3.DBS电源的电源防雷系统设计

23

4.DBS电源模块测试报告

25

4.1.测试背景

25

4.2.测试环境和仪器

25

4.3.电源模块实际测试数据记录

25

4.3.1.室温下艾默生电源测试结果

25

4.3.2.室温中核达中远通电源测试结果

27

4.4关于核达中远通电源和艾默生电源模块的讨论和分析

29

5.附件

30

5.1原理图

31

5.2PCB图

31

5.3详细物料清单

31

5.4PCB板工艺、结构审查报告

31

6.DBS电源硬件设计评审记录

31

7.DBS电源（基于中远通核达方案）硬件设计评审的讨论问题答复和解决方法

31

附件

表格1：

参考资料清单

6

表格2：

DBS电源方案一产品主要性能参数和规格说明

8

表格3：

DBS电源设计方案一的环境条件

9

表格4：

DBS电源设计方案一的电气特性

9

表格5：

DBS电源设计方案一的安规特性

10

表格6：

DBS电源设计方案二AC-DC电源模块的环境条件

13

表格7：

DBS电源设计方案二AC-DC电源模块的机械结构规格需求

13

表格8：

DBS电源设计方案二AC-DC电源模块正常工作时模块的输入特征

15

表格9：

DBS电源设计方案二AC-DC电源模块正常工作时模块的电气性能指标

15

表格10：

DBS电源设计方案二AC-DC电源模块输出保护

15

表格11：

DBS电源设计方案二AC-DC电源模块其他功能说明

16

表格12：

DBS电源设计方案二AC-DC电源模块安规特性

16

表格13：

LTC3707工作模式选择

20

表格14：

LTC3704工作模式选择

22

表格15：

艾默生电源输出与输入电压测试

25

表格16：

艾默生电源耐压测试

25

表格17艾默生电源电流变化率测试

27

表格18室温中核达中远通电源电流变化率测试

27

表格19室温中核达中远通电源耐压测试

27

表格20核达中远通电源电流变化率测试

29

表格21核达中远通电源和艾默生电源性能比较

29

图1：

DBS电源设计方案一的机械特性示意图

11

图2：

DBS电源设计方案一输入和输出端子示意图

11

图3方案二设计结构框图

12

图4：

DBS电源设计方案二爱默生AC-DC电源模块输入输出接口定义

15

图5：

LTC3707的DC-DC转换芯片应用

18

图6：

LTC3707的DC-DC转换芯片电特性参数

18

图7：

LTC3707主控制环路原理图

19

图8：

LTC3707的外部MOSFET驱动电路

19

图9：

LTC3704的DC-DC转换芯片电特性参数

21

图10：

LTC3704的工作原理示意图

22

图11：

北京捷安通达AC-DC防雷设计方案

24

图12：

DBS电源防雷设计方案框图

24

图13:

艾默生电源瞬态特性测试电路图

26

图14：

常温下艾默生电源负载跳跃输出电压瞬态特性图

26

图15：

室温核达中远通电源瞬态特性测试电路

28

图16：

室温核达中远通电源常温下负载跳跃输出电压瞬态特性图

28

图17：

DBS电源地线连接方案框图

31

图18：

10V电压动态响应波形图

31

分布式基站DBS电源硬件详细设计报告

关键词：

DBS,MOSFET，瞬态恢复时间，假负载效应（相对10V功放而言），DC/DC,AC/DC,防雷，断路器等。

摘要：

mBTS微蜂窝基站系统包括DBC分布式基站控制系统和DBS分布式基站子系统。

其中DBS包括基带处理板BSD、射频板SRF、功放、防雷模块和电源等，本项目是为DBS系统设计电源板，对DBS各个单元同时供电。

该电源的设计要求输入为220V交流市电，输出为一系列的直流电压，为数字器件和模拟器件同时供电。

该项目采用了两套方案以实现电源输入，输出，功率，瞬态响应等要求。

设计中还考虑到防雷防高压等电源保护问题。

缩略语清单：

DBSdistributingBaseStationsystem分布式基站控制系统

SPD：

浪涌保护器，用以限制瞬态过电压和引导电涌电流的一种器具，它至少应包括一种非线性元件。

参考文献、引用标准及规范

IEC61312国际标准

EC61643国际标准

IEC60364国际标准

GA173行业标准

GB4943-2001信息技术设备（包括电气事务设备）的安全

YD/T282-2000通信设备可靠性通用试验方法

GB/T13722—92移动通信电源技术要求和试验方法

GB/T2423.1-2001电工电子产品环境试验,第二部分：

试验方法/试验A：

低温

GB/T2423.2-2001电工电子产品环境试验,第二部分：

试验方法/试验B：

高温

GB/T2423.3-1993电工电子产品基本环境试验规程—试验Cb:

恒定湿热试验方法

GB/T2423.4.1993电工电子产品基本环境试验规程—试验Db:

交变湿热试验方法

GB/T2423.5-1995电工电子产品环境试验，第二部分：

试验方法/试验Ea和导则：

冲击

GB/T2423.6-1995电工电子产品环境试验，第二部分：

试验方法/试验Ea和导则：

碰撞

GB/T2423.8-1995电工电子产品环境试验，第二部分：

试验方法/自由跌落

GB/T2423.10-1995电工电子产品基本环境试验，试验Fc和导则：

振动（正弦）

GB/T2423.11-1995电工电子产品环境试验，第二部分：

试验方法/试验Fd：

宽频带随机振动--一般要求

GB/T2423.22-2002电工电子产品环境试验，第二部分：

试验N：

温度变化

EN55022：

1998信息技术设备—无线干扰特性—限值和测量方法

EN55024：

1998信息技术设备—抗干扰特性—限值和测量方法

参考资料清单：

表格1参考资料清单

名称

编号

作者

发布日期

分布式基站DBS电源硬件详细设计报告

DBS_POWERH01.01.00

叶绍平

2003.09.10

分布式基站DBS防雷系统硬件详细设计报告

DBS_SPDH01.01.01

叶绍平

2004.4.27

mBTS硬件总体设计

mBTS01.02.00

2004.0407

DBS基带硬件总体技术方案

DBS01.02.00

2004.04.07

分布式基站DBS_BSD单板硬件详细设计

（电源设计部分）

DBS_BSDH01.01.03

祁业欣

2004.06.18

分布式基站DBS_SRF单板硬件详细设计

（电源设计部分）

DBS_SRFH01.01.02

刘津京

2004.07.12

1.概述

本项目是为分布式基站DBS子系统设计集中式供电电源，其输入为165~285V的交流市电，输出为一系列直流电源值：

10V/5A，5.7V/6A,-5V/1A,3.3V/4A。

其它电压值如1.8V/2A和2.5V由LDO元器件从3.3V获得。

由于基站采用TDD（10ms）时分双工技术，DBS射频板输出端的功率放大器与10V电源密切相关，每5ms对10V电源开关一次，要求电源电压在开关过程中波动在±25％以内，负载从80％跳变到0％，瞬态恢复时间要求在100μS以内，这是本项目的难点。

为克服这个难点，我们采用了两套设计方案：

方案一：

把我们的电源性能要求以及相关的技术参数提供给深圳市核达中远通电源技术有限公司，由他们设计。

（详见产品说明书）

方案二，利用“假负载”效应的概念实现分布式电源设计，从而满足功率放大器5ms（10ms一个周期）关断的瞬态响应要求。

具体来说，就是在接收时段，功率放大器只是10V电源负载的一部分，其他的5.7V，3.3V，-5V电源，都是10V电源经过DC-DC转换而得到的。

也就是说，10V电源是一次电源，而5.7V，3.3V，-5V则是二次电源，这样就使得10V电源的功率放大器不管关闭还是开启，其他使用5.7V，3.3V，-5V电源的模块和器件依然还在工作，避免了10V电源的完全空载现象。

这样经DC-DC模块转换过来的负载就构成了10V电源的负载，驱动常开元件和接收时段工作元件，使负载阶跃大约为80％到30％。

这样避免了空载这种恶劣的状态，瞬态恢复时间大为减小，10V电源的输出动态响应性能大为改善。

详细设计将在后文中阐述。

方案2核心模块和关键器件：

爱默生给我司开发的AC-DC电源模块（10V输出，90W）；

双路输出的DC-DC转换芯片：

LTC3707（5.7V---6A，3.3V---4A）；

负电源单路输出芯片：

LTC3704（-5V---0.6A）；

MOSFET：

FAIRCHILD的N沟道双路MOSFET，工作电流可以达到8A，为FDS6982S。

2.DBS电源设计方案

2.1DBS电源设计方案一

从电源的原理上，电源分为线性电源和开关电源。

线性电源响应速度快，但是效率低，体积大，难以集成，在我们的应用中很难被采用；开关电源具有效率高、集成度好等优点，在通讯电源中广泛使用，但是其由于开关周期和输出端滤波器的限制，使其瞬态恢复时间一般在100µS到300µS，不能满足我们的要求。

通过我们的调研，和国内众多电源生产商沟通，深圳市核达中远通电源技术有限公司声称有技术能力实现我们的要求。

据称中兴，UT的小灵通基站的电源设备就是他们定做的，因此，将此电源交给该该公司定做成为首选方案。

设计要求以及相关的产品性能参数说明如下页所示：

2.1.1.DBS电源设计方案一产品主要性能参数和规格说明

表格2方案一产品主要性能参数和规格说明

输出总功率

输入电压范围

输出电压

输出电流范围

稳压精度

输出纹波及噪音

104W

165－285Vac

+10Vdc

0－5A

±3%

≤100mVp-p

+5.7Vdc

0.6－6A

±3%

≤100mVp-p

-5Vdc

0.1－1A

±3%

≤100mVp-p

+3.3Vdc

0.4－4A

±3%

≤100mVp-p

2.1.2.DBS电源设计方案一的引用标准及规范

GB/T2423.1-2001电工电子产品环境试验,第二部分：

试验方法/试验A：

低温

GB/T2423.2-2001电工电子产品环境试验,第二部分：

试验方法/试验B：

高温

GB/T2423.3-1993电工电子产品基本环境试验规程—试验Cb:

恒定湿热试验方法

GB/T2423.4.1993电工电子产品基本环境试验规程—试验Db:

交变湿热试验方法

GB/T2423.5-1995电工电子产品环境试验，第二部分：

试验方法/试验Ea和导则：

冲击.

GB/T2423.6-1995电工电子产品环境试验，第二部分：

试验方法/试验Ea和导则：

碰撞.

GB/T2423.8-1995电工电子产品环境试验，第二部分：

试验方法/自由跌落

GB/T2423.10-1995电工电子产品基本环境试验，试验Fc和导则：

振动（正弦）

GB/T2423.11-1995电工电子产品环境试验，第二部分：

试验方法/试验Fd：

宽频带随机振动--一般要求

GB/T2423.22-2002电工电子产品环境试验，第二部分：

试验N：

温度变化

EN55022：

1998信息技术设备—无线干扰特性—限值和测量方法

EN55024：

1998信息技术设备—抗干扰特性—限值和测量方法

GB4943-2001信息技术设备（包括电气事务设备）的安全

YD/T282-2000通信设备可靠性通用试验方法

GB/T13722—92移动通信电源技术要求和试验方法

2.1.3.DBS电源设计方案一的环境条件

表格3DBS电源设计方案一的环境条件

序号

项目

技术指标

单位

备注

1

工作温度

-25－+60

℃

2

储存温度

-40－+85

℃

3

相对湿度

10%－90%

不结露

4

散热方式

自然散热

5

海拔高度

≤3000

M

2.1.4.DBS电源设计方案一的电气特性

表格4DBS电源设计方案一的电气特性

1

输入特性

序号

项目

技术要求

单位

备注

1.1

额定输入电压

220

Vac

1.2

输入电压范围

165－285

Vac

1.3

输入频率范围

47－63

Hz

1.4

输入电流

≤1.5

A

2

输出特性

序号

项目

技术要求

单位

备注

+10Vdc

+5.7Vdc

-5Vdc

+3.3Vdc

2.1

输出电流范围

0－5

0.6－6

0.1－1

0.4－4

A

2.2

输出电压范围

9.8－10.4

5.50－5.90

-4.90―-5.20

3.234－3.432

Vdc

2.3

电压调整率

±1

±1

±1

±1

%

2.4

负载调整率

±2

±2

±2

±2

%

2.5

输出纹波及噪音

≤100

≤100

≤100

≤100

mVp-p

额定输入，输出满载，20MHz带宽，端子并104+10μF电容。

2.6

+10V动态响应

过冲幅度

△V：

≤±5

%Vo

0－4A，电流变化率为0.5A/μS,0A维持时间5mS,4A维持时间5mS，其他路加半载测试。

恢复时间

△t：

≤100

ms

2.7

开关机过冲幅度

≤5

%Vo

2.8

效率

≥75%

额定输入电压，最大负载（常温下）

2.9

温度系数

±0.02

%/℃

3

保护特性

序号

项目

技术要求

单位

备注

3.1

输出过压保护

+10V

11－13

Vdc

输出小载

+5.7V

6.5－8.3

Vdc

-5.7V

-7.5－-5.8

Vdc

+3.3V

3.8－4.8

Vdc

3.2

输出限流点

+10V

6.0－8.0

A

额定电压下测量,可自动恢复

+5.7V

6.8－8.4

A

-5V

3.0－4.5

A

+3.3V

5.0－6.5

A

3.3

输出短路保护

四路均可长期短路不损坏，可自动恢复。

2.1.5.DBS电源设计方案一的安规特性

表格5DBS电源设计方案一的安规特性

序号

项目

测试条件

备注

1

抗

电

强

度

输入对输出

3000Vac/10mA/1min

裸板，无飞弧、无击穿

1500Vac/10mA/1min

整机，无飞弧、无击穿

输入对大地

1800Vac/10mA/1min

无飞弧、无击穿

输出对大地

500Vdc/10mA/1min

2

绝

缘

电

阻

输入对输出

≥2MΩ@500Vdc

输入对外壳

≥2MΩ@500Vdc

输出对外壳

≥2MΩ@500Vdc

3

漏电流

≤3mA

Vin=220Vac,50Hz

4

防雷措施

L、N－G：

5KA

L－N：

3KA

2.1.6.DBS电源设计方案一的机械特性长×宽×高=180×140×60（单位：

mm）

图1DBS电源设计方案一的机械特性示意图

DBS电源设计方案一输入和输出端子描述说明如下图所示：

图2DBS电源设计方案一输入和输出端子示意图

这款电源的输出不包括2.5V和1.8V，2.5V可由3.3V和LDO获得，1.8V可由ELANTECH的EL7562芯片通过DC-DC转换获得，现在已经做在基带处理板BSD的DSP芯片附近处设计。

2.2.DBS电源设计方案二

方案二是基于“假负载”的概念实现DBS子系统分布式电源设计，从而满足功率放大器10ms关断的瞬态响应要求。

为了实现负载从80％到0％瞬态恢复时间小于100µS的要求，在接收时段功率放大器不工作的时候，使电源仍然带有一定的负载（大约30％），避免电源完全空载，减小恢复时间，使得10V电源的动态响应指标大为改善。

具体来说，就是在接收时段，功率放大器只是10V电源负载的一部分，其他的5.7，3.3V，-5V电源，都是10V电源经过DC-DC转换而得到的。

也就是说，10V电源是一次电源，而5.7V，3.3V，-5V则是二次电源，这样就使得10V电源的功率放大器不管关闭还是开启，其他使用5.7V，3.3V，-5V电源的模块和器件依然还在工作，避免了10V电源的完全空载现象。

这样经DC-DC模块转换过来的负载就构成了10V电源的负载，驱动常开元件和接收时段工作元件，使负载阶跃大约为80％到30％。

这样避免了空载这种恶劣的状态，瞬态恢复时间大为减小，10V电源的输出动态响应性能大为改善。

设计结构框图如下图所示：

图3方案二设计结构框图

从此图中很容易看出，这个电源是一个串级的结构，所有的直流转换都是基于第一级直流电压10V的输出，这样设计的目的就是使虚线以内的部分成为10V输出的负载。

在接收时段，10V输出虽然不驱动功率放大器，当仍然要驱动虚线内的负载，使负载阶跃变小，瞬态恢复变快。

这种假负载效应的核心器件包含一个爱默生的AC-DC电源模块，以及一个10V输入，5.7V，3.3V双路输出的DC-DC转换芯片LTC3707，一个10V输入，-5V输出的DC-DC转换芯片LTC3707，以及相关的MOSFET，功率电感等。

下面就各个功能模块单元的设计以及相关的技术参数给予详细描述：

2.2.1DBS电源设计方案二AC-DC电源模块单元的产品说明以及相关的技术参数设计

在本设计方案中，AC-DC转换是采用了爱默生开发的AC-DC电源模块，下面就详细介绍这款电源的开发依据，以及功能和性能指标等技术参数。

（a）DBS电源设计方案二AC-DC电源模块概述

本项目是为我司基站系统配置的整流模块，指标参照公司现有的一次模块，并根据客户需求制订。

（b）DBS电源设计方案二AC-DC电源模块产品的名称和型号

暂无，待定。

（c）DBS电源设计方案二AC-DC电源模块环境条件

表格6DBS电源设计方案二AC-DC电源模块的环境条件

环境参数

使用环境条件

运输环境条件

储存环境条件

符合相关标准

备注

种类

参数

单位

气候

条件

温

度

低温

℃

－30

－40

－40

/

高温

℃

＋60

＋70

＋70

/

（d）DBS电源设计方案二AC-DC电源模块产品的机械结构规格需求

表格7DBS电源设计方案二AC-DC电源模块的机械结构规格需求

名称

参数

容许误差

长

145mm

≤±0.5mm

宽

95mm

≤±0.5mm

高

45mm

≤±0.5mm

（e）DBS电源设计方案二AC-DC电源模块造型

单板，无外壳，PCB板四角螺钉固定，紧固螺钉在系统板上接大地。

输入输出均采用6PIN直列插座，输入输出同侧，电源单板带输入输出电缆，电缆长度

≤150mm。

电源单板输入输出接口定义如图4所示：

图4DBS电源设计方案二爱默生AC-DC电源模块输入输出接口定义

产品结构、工艺设计综合技术指标:

暂无其他要求

（f）DBS电源设计方案二AC-DC电源模块安装、搬运（生产过程及运输过程）

暂无其他要求。

（g）DBS电源设计方案二AC-DC电源模块电特性

表格8DBS电源设计方案二AC-DC电源模块正常工作时模块的输入特征

最小值

额定值

最大值

电压

160VAc

220VAc

280Vac

频率

47Hz

50Hz

63Hz

备注：

输入电压在280VAc～320VAc范围内，模块不工作但不损坏。

（h）.DBS电源设计方案二AC-DC电源模块输出特征

1）DBS电源设计方案二AC-DC电源模块正常工作时模块的电气性能指标表格9：

指标

额定值

误差

备注

输出电压

10V

±0.2V

额定输出电流

9A

输出限流特性

≥10A

限流锁死关机，限流原因排除后手动恢复。

负载调整率

≤±2.0%

源调整率

≤±2.0%

稳压精度

≤±4.0%

效率

≥80%

开关机过冲幅度

≤±5.0%

动态响应

负载效应恢复时间

100uS

负载跳变范围是：

30％～80％，负载动态变化频率100Hz，负载变化率1A/uS。

输出电压超调量

±2V

噪声峰峰值

100mV

2）DBS电源设计方案二AC-DC电源模块输出保护表格10

功能名称

保护点

恢复点

备注

输出过流保护

≥10A

限流锁死关机，限流原因排除后手动恢复。

输出短路保护

短路锁死关机，短路原因排除后手动恢复。

输出过压保护

14.5V±0.5V

过压锁死关机，过压原因排除后手动恢复。

3）.DBS电源设计方案二AC-DC电源模块其他功能说明表格11

功能名称

说明

模块过温保护

模块内部有过温保护，过温模块关机，温度下降后自动恢复。

（i）DBS电源设计方案二AC-DC电源模块安规特性表格12

名称

规定值

测试条件

绝

缘

电

阻

交流输入对壳体

≥2×10

Ω

环境温度25±5℃；相对湿度90%；试验电压为500VDc。

交流输入对直流输出

≥2×10

Ω

直流输出对壳体

≥2×10

Ω

绝

缘

强

度

交流输入对壳体

应能承受50Hz、有效值为1500V的交流电压1分钟，无击穿或飞弧现象；漏电流≤30mA

交流输入对直流输出

应能承受50Hz、