迎接5G和万物互联新时代，电源技术准备好了么？

GSMA在9月最新发布的《2018年全球移动趋势报告》揭示：5G已经到来。到2025年，5G将占全球移动连接的15%。5G/IoT机会正在向企业转移。5G和物联网将在企业领域开辟一系列新的机会，从现在到2025年，将再增加100亿个工业物联网连接。

图1：5G已来。到2025年，5G将占全球移动连接的15%。

众所周知，从2G、3G、4G到5G，不管是射频信号链器件还是电源器件，每一次通信系统的迭代里面都有ADI的重度参与。ADI电源产品中国区市场总监梁再信(Lorry)在最近的一次媒体交流会上谈到，5G和万物互联时代其实对电源技术也提出了新的要求和挑战，例如对于基站电源来说，到了5G时代，要求则会变得更为苛刻，无论是效率还是可靠性都需要有更大增强。而无电池持续供电则是很多物联网节点应用场景大规模落地的前提条件。那么我们来看看，创新的电源技术是否已经准备好迎接新时代的到来?

应对5G通信的高功率密度、高稳定性挑战

正如一些业内专家指出的，未来5G基站的分布可能会更加密集以及分散，因此通讯电源的尺寸以及功率都会比以前更小些，但总体的功率密度以及转化率、效率都要有所提升。

对此，Lorry表示，从30年前开始，电源效率就不断提高，但业界大概提高到94%的时候就推不动了，主要原因是电感损耗逐步降低，但MOSFET的损耗却在增加。而现在，上述问题已得到很好解决，ADI已经推出的效率最高可达99%的电源转换器。

例如，LT8610A/LT8610AB是紧凑、高效率、高速、同步、单片式、降压型开关稳压器，仅消耗 2.5μA的静态电流。与LT8610相比，这两款器件均具有较高的最大输出电流(3.5A) 和较快的最小接通时间(30ns)。LT8610A 具有与LT8610 相同的低纹波突发模式性能，而 LT8610AB 则拥有更高的轻负载效率。

图2：LT8610AB具备更高的轻负载效率。

当下的5G通信系统需要非常高的功率密度，因此，芯片的功耗和转换效率面临较大的调整。Lorry介绍说：“传统的DC/DC电源，因为MOSFET的开关损耗和电感转换损耗的存在，效率没有办法在当前构架下取得突破性进展，ADI在研发了一种没有电感的变换器LTC7820，可以将效率提升到99%。但是因为典型工作原理是将输入电压对折降压变换，不能调整输出电压，因此ADI又开发了一个混合型的开关电源LTC7821，综合了无电感高效变换器和高性能降压电路的优点，加以其它技术与原理应用，在输出电压可以随意调整的同时，依然将效率保持在97%以上。”

ADI在通信应用的电源技术创新和调整方面还做了很多其它的改进。比如结合理想二极管的优点支持热插拔，能够让通信系统实现更低压差，更高效率和更高稳定性。

图4：理想二极管和热插拔控制器结合为通信系统提高更好的稳定性。

还有，通过带数字接口的电源管理系统可以记录每一路的电源状态、电压、电流、温度等，甚至可以控制输出的电压。尤其当系统不稳定时，可以通过PSM得知电路故障所在。因此，PSM的测量和输出的调整功能在通信领域越来越受到重用。

图5：带数字接口的电源监控系统(PSM)。

针对通信应用，ADI开发了一系列带有PSM数字接口的电源模块，方便处理器与电源管理芯片的通信与状态记录，同时支持远程调试。梁再信说道：“PSM功能越来越得到重视，因为在通信系统中，电源轨可能要多达十几路，通过PSM对每路的监控，了解工作状况。同时，在通信板卡出厂前的测试时，都需要把每路电源电压同时上调可下调，如果采用PSM技术，可实现自动测试，自动输出调整，简化产品的测试过程。”

图6：ADI带PSM的大电流 µModule稳压器发展路线图。

除了PSM，POE(Power over Ethernet)在通信领域的应用也非常的广，POE可以通过网线传输数据和电源。目前ADI已经推出包括13W、25.5W、71W以及90W的LTPoE++解决方案。Lorry分享到：“90W还不是终点，ADI现在已经推出了150瓦的POE解决方案，可藉由单根CAT5 cable即可满足MIMO/5G/Small Cell等应用。此方案最大的好处是可以对通信的应用和布局提供高达150瓦的功率。面对大功率的远端设备供电，150瓦可以提供非常完美的解决方案，这也是我们在通信方面强有力的一个技术平台。”

图7：ADI提供高达150W的POE解决方案。

能量采集技术创新实现无电池物联网节点

针对智能穿戴式设备以及更多物联网终端节点的持续方便供电问题，ADI做了非常多的探索，能不能把振动、温差、光、磁场等变成需要的能源呢?为此ADI也推出了一系列创新产品，如图8。

图8：ADI提供齐全的能量采集器件。

以LTC3108举例，LTC3108 是一款高度集成的 DC/DC 转换器，非常适合于收集和管理来自诸如 TEG (热电发生器)、热电堆和小型太阳能电池等极低输入电压电源的剩余能量。温差产生的电能是微弱的，传统开关电源没有办法转换成3.3V甚至5V，而ADI可以做到。

而在振动方面，可应用LTC3588毫微功率能量收集电源，支持振动换能，0.25G、40Hz的振动片，就可以实现250μA的电能，产品集成了一个低损失全波桥式整流器和一个高效率降压型转换器，以造就一款专为高输出阻抗能源 (例如：压电换能器) 而优化的完整能量收集解决方案。

图9：ADI电磁能量收集方案原型。

目前ADI在电磁能源收集领域也做了一些尝试，仿照机械手表，制作了一个电磁场收集参考方案，通过振动就可以产生电能。

Lorry总结道：“Power By Linear这个子品牌体现了ADI功率产品未来的发展方向，绝不仅仅只针对下一代通信和物联网应用，还将迎接更多热门行业应用需求发展。我们考虑的是如何创新，如何提供高性能方案，并能够提供全球最好的技术支持以及最好的可靠性和稳定性，帮助客户在更多热点和新性市场去拓展自己的创新版图。”