Wie sich Small Cells zuverlässig mit Strom versorgen lassen

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Anforderungen an die Stromversorgung von Small Cells

Wenige Applikationen schicken eine annähernde gleiche Anzahl von Datenpaketen durch nachgeschaltete und Backhaul Kanäle und keiner davon repräsentiert mehr als einen winzig kleinen Anteil der gesamten Netzwerksauslastung. Der mit Abstand größte Anteil des Datenverkehrs liegt im Downstream Bereich. Daher sind die Übertrager in den Zellen meist mit dem Aussenden von Daten beschäftigt, was wiederum der am meisten fordernde Betriebsbereich für die Stromversorgung des Systems ist.

Störungen können das Signal verzerren

Die Kontenpunkte der Zellen übertragen im Burst-Modus. Obwohl das übertragene Signal eine kodierte digitale Information sein kann, ist es dennoch vom Prinzip her ein analoges Signal. So können sich zum Beispiel schnelle Störungen im Bereich der Signalbandbreite als Signalverzerrungen auswirken und dadurch die Qualität der Signalübertragung beeinflussen. Dadurch kann es zum Verlust von Daten kommen, was den Durchsatz reduziert und im schlimmsten Fall auch zu derart reduzierten Datenraten führen, dass Applikationen wie Video Streaming nicht mehr unterstützt werden können.

Systeme mit einer Übertragung im Burst Mode benötigen daher eine hohe Güte der Wellenform während gleichzeitig hohe Stromimpulse von der Versorgung gefordert werden. Während dieser schnellen Änderungen der Stromverläufe muss die Stromversorgung die Schwankungen auf der Ausgangsspannung auf ein Minimum reduzieren. Ansonsten kann die Restwelligkeit als nur wenig gedämpfte Störung auf dem HF-Ausgangsignal auftreten.

Neben einer niedrigen, dynamischen Ausgangsimpedanz, die große Transientenströme unterstützt, muss die Stromversorgung einer Small Cell auch eine hohe Leistungsdichte ausweisen. Sowohl die HF- als auch die das Basisband verarbeitenden Signal- und Prozessorkomponenten profitieren von einer andauernden Miniaturisierung beim Gehäusedesign und den Halbleiterprozessen. Der Markt fordert daher, dass auch die Stromversorgung mit dieser Entwicklung Schritt hält.

Die Powerkomponenten müssen auch hervorragende thermische Eigenschaften aufweisen. Hohe Temperaturen wirken sich negativ auf die Zuverlässigkeit aus und Small-Cell-Systeme müssen sowohl externe als auch ungeregelte interne Umgebungsbedingungen ohne Lüfterkühlung tolerieren. Letztendlich müssen die Stromversorgungen von Small Cells auch noch unempfindlich gegen Transienten auf dem Versorgungsnetz sein, gegenüber dem AC-Netz einen hohen Powerfaktor aufweisen und die leitungsgebundenen und abgestrahlten Störungen minimieren.

Modulare Stromversorgungen bieten Vorteile

In der Vergangenheit wurden für Small-Cell-Applikationen Netzgeräte im Silver-Box-Stil eingesetzt. Dies führte jedoch zu starren Designs mit Formfaktoren und Eigenschaften, die es den Entwicklern unmöglich machten, Weiterentwicklungen in den Bereichen Powermanagement Topologien, Komponenten oder Packungstechnologien für ihre Systeme auszunutzen. Zusätzlich haben die Silver-Box-Netzgeräte keine thermische Schnittstelle für eine optimierte Ableitung der Wärme.

Demgegenüber bieten flexible, modulare Stromversorgungen den Herstellern von Small Cells eine optimalere Ausnutzung des verfügbaren Raumes und eine gleichzeitige Verbesserung der elektrischen und thermischen Eigenschaften. So lassen sich auch technologische Weiterentwicklungen im System integrieren, Design Methoden mit geringerem Risiko sowie moderne Unterstützungstools einsetzen und gleichzeitig stabile und zuverlässige Produktplattformen garantieren. Glücklicherweise fallen die Anforderungen für heutige und zukünftige Small-Cell-Applikationen zusammen mit einigen der neuesten technologischen Entwicklungen von Wandlerkomponenten.

Zum Beispiel sind neue AC Frontend Komponenten erst seit kurzem in der sogenannten VIA- (Vicor Integrated Adapter) Gehäusetechnologie verfügbar. Dabei handelt es sich um eine elektrisch und thermisch adaptierte Lösung, die hohe Leistungsdichten ermöglicht. Ein PFM-Frontend-Modul in einem nur 111 mm x 36 mm x 9,4 mm großen VIA-Gehäuse hat im Vergleich zu herkömmlichen PFC-Lösungen im Brickformat eine um 25% reduzierte Höhe und benötigt 54% weniger Volumen.

Erhältlich als platinen- oder chassismontierbare Konfiguration passt das PFM in Bereiche auf der Seite oder am Ende des Gehäuses, die sonst eventuell verlorener Platz wären. Durch thermische Adaptierung der VIA Gehäuse kann das Chassis des Systems für die Wärmeabführung genutzt werden.

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