Усилители мощности (УМ) играют важную роль в архитектуре системы беспроводной инфраструктуры. Поскольку количество каналов в активных антенных системах (AAS) и удаленных
радио-блоков (RRU) увеличивается с четырех до 128 и больше с расширением 5G, количество УМ увеличивается, чтобы поддерживать многочисленные входы архитектуры множественного вывода AAS и RRU.
Увеличенное количество каналов влияет на производительность усилителя мощности, так как система потребляет больше энергии, таким образом, повышая температуру компонентов. Сохранение мощности УМ под контролем, означающее, что ток и температура находятся в пределах указанного безопасного рабочего диапазона, напрямую связано с производительностью и долговечностью устройства. Чтобы обеспечить безопасность и эффективность системы, разработчики системы используют различные датчики для мониторинга активности усилителей мощности.
В этой статье мы рассмотрим достижения в приложениях беспроводной инфраструктуры для высоковольтных УМ на базе нитрида галлия (GaN) или рассеянного в поперечном направлении металлооксидного полупроводника (LDMOS) в системах AAS и RRU для мониторинга показателей жизнедеятельности системы — в данном случае измерения чувствительности усилителя по току (CSAs).
Датчики тока в усилителях мощности для текущего контроля
Существует несколько вариантов использования датчиков тока для обеспечения правильной функциональности и долговечности УМ, включая калибровку, техническое обслуживание на месте и мониторинг в режиме реального времени. Мониторинг тока, поступающего в усилитель мощности или узел, позволяет регулировать напряжение смещения затвора, чтобы обеспечить его работу в оптимальном диапазоне. CSA, такие как INA293 от TI, предлагают очень низкое смещение и погрешность усиления, а также возможность высокого напряжения в обычном режиме, что хорошо подходит для измерения на стороне высокого напряжения, где требуется высокий уровень точности. С INA293 вы можете напрямую проводить точные измерения УМ на источнике питания 48 В постоянного тока.
Во время калибровки усилителя мощности на заводе-изготовителе (как показано на рисунке ниже) создается таблица соответствия путем мониторинга тока с использованием одного измерения чувствительности по току (CSA) на УМ или одного CSA на два УМ. Количество измерений зависит от места установки и требуемого уровня точности. Использование одного измерения для каждого усилителя мощности обеспечит наиболее точные данные, поскольку текущие данные не усредняются по нескольким УМ. Правильная калибровка усилителя мощности на заводе важна для долговечности устройства и производительности в рабочих условиях.
Поддержка и настройка усилителем мощности активных антенных систем и удаленных радиоблоков после развертывания систем — это еще одно преимущество измерения тока, поскольку система может нуждаться в корректировках с течением времени, поскольку компоненты изнашиваются и выходят из строя. Когда системы развертываются в средах с большими температурными отклонениями, датчик тока может помочь отрегулировать напряжение затвора усилителя мощности, чтобы обеспечить оптимальную производительность в изменяющихся погодных условиях. При таком способе регулировки систему необходимо отключить и затем откалибровать дистанционно, отслеживая ток, поступающий в усилитель мощности во время цикла дистанционной калибровки. Регулировка напряжения на затворах усилителя соответственно обеспечивает правильную работу и максимальную эффективность.
Система защиты и контроля потребления электроэнергии
Важно защитить усилитель мощности от перегрузок по току, так как это один из самых дорогих компонентов в системе. Размещение датчика тока на стороне высокого напряжения усилителя мощности, оснащенного быстродействующим внутренним компаратором, таким как INA202, который предлагает типичное время отклика 1,3 мкс и диапазон синфазного напряжения до 80 В. Это решение обеспечивает обнаружение перегрузки по току для подтверждения, что усилитель мощности не поврежден из-за большого тока. Цифровой мониторинг мощности, осуществляемый таким устройством как INA226, может отслеживать мощность, подаваемую на УМ, чтобы гарантировать, что усилитель мощности остается в пределах технических эксплуатационных характеристик в течение всего срока службы и работает правильно в различных средах. INA226 контролирует ток, напряжение и мощность и выдает предупреждения пользователю, которые затем отправляются через интерфейс I2C для надежной связи с процессором.
Подача энергии и источники питания
Питание от электрической сети переменного тока обеспечивает питание базовой станции беспроводной инфраструктуры. Важно следить за переменным током на стороне высокого напряжения, поступающим от электросети, чтобы убедиться, что в системе нет постоянных перенапряжений или сбоев, которые могут повредить компоненты в блоке питания и помешать правильной работе системы.
Для контроля высокого напряжения переменного тока <600 Vа, устройства TI TMCS1100 и TMCS1101 имеют максимальную общую ошибку <1% или <1,5%, соответственно, и изоляцию от высоких напряжений. Кроме того, TMCS1100 и TMCS1101 очень стабильны в температурном диапазоне, что делает их подходящими для наружных систем. Добавление этого устройства в систему — это дополнительный уровень защиты системы, обеспечивающий правильную подачу переменного тока.
Для DC / DC преобразователей INA240 обеспечивает улучшенное подавление широтно-импульсной модуляции и двунаправленную работу. Это означает, что устройство позволит избежать сбоев в измерениях тока при резких синфазных переходах, что приводит к точным измерениям. В зависимости от уровня мощности преобразователя тепловыделение или нагревание могут проявляться быстро. INA240 имеет низкую характеристику теплового дрейфа, а это означает, что измерение тока существенно не изменяется с выделением тепла, что в конечном итоге обеспечивает точные измерения во всем рабочем диапазоне.
Вывод
Измерение тока обеспечивает множество преимуществ для системы, включая оптимизированную производительность, эффективность, улучшенную надежность и мониторинг состояния для защиты жизненно важных компонентов системы. Поскольку датчики тока позволяют проводить прямые измерения с высокоточными результатами, они могут помочь продлить надежность и срок службы усилителя мощности, поддерживая при этом различные функции в системе.
