眾所周知，包括韓國(guó)和美國(guó)在內(nèi)的世界多個(gè)國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)率先開啟了5G通信。中國(guó)也在20多個(gè)城市開始了5G通信試點(diǎn)并會(huì)在未來(lái)大力推廣。5G通信的建設(shè)方興未艾。

       相比于現(xiàn)有的3G、4G通信，5G通信具有超高速率、極低延時(shí)等特點(diǎn)。這些特點(diǎn)產(chǎn)生的原因是5G通信采用了更高頻段的頻譜，以中國(guó)為例：4G LTE的頻段為1.8GHz-2.65GHz，而5G目前公布的頻段為3.3GHz-5GHz。而未來(lái)還會(huì)建設(shè)高于6GHz的毫米波(mmW)5G通信。根據(jù)光速公式：
c=λν

       頻率ν越高，意味著波長(zhǎng)λ越小，對(duì)于無(wú)線通信，這意味著通信信號(hào)的覆蓋面積越小。這一方面需要5G通信基站的密度更高，另一方面需要單一通信基站采用Massive MIMO （64T64R、128T128R等）、beamforming等技術(shù)解決信號(hào)覆蓋面積小等問(wèn)題。這些新技術(shù)和應(yīng)用對(duì)于通信電源的自然散熱能力，維護(hù)成本等提出了新的需求。

       同時(shí)，5G較為豐富的組網(wǎng)架構(gòu)和布局方式帶來(lái)了更多的供電方式及其組合，包括交流（UPS）直接供電、-48V供電、HVDC（高壓直流）供電等。由于在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)5G的建設(shè)還需要兼容（保留）現(xiàn)有3G和4G通信，因此多數(shù)采用現(xiàn)有基站和中心局進(jìn)行改造和升級(jí)的方式，這意味著通信電源需要同時(shí)給3G/4G和5G通信設(shè)備供電，對(duì)通信電源的輸出功率，功率密度，可靠性等提出了新的需求。

5G通信對(duì)電源的要求

       5G通信的建設(shè)給開關(guān)電源企業(yè)帶來(lái)了巨大商機(jī)。根據(jù)安信證券研究中心的數(shù)據(jù)，5G通信電源的市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)為315億元人民幣。而巨大商機(jī)也同時(shí)給通信電源設(shè)計(jì)者帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。

5G通信對(duì)電源的要求：更大的輸出功率和更高效率

       由于5G通信需要采用Massive MIMO等技術(shù)，5G基站的AAU單扇區(qū)輸出功率由4G的40W~80W上升到200W甚至更高，同時(shí)由于處理的數(shù)據(jù)量大幅度增加，BBU（基帶處理單元）（或者在5G某些組網(wǎng)模式下被拆分為CU和DU）的功率也大幅增加，其功率已經(jīng)超過(guò)1000W。對(duì)于目前較流行的5G基站組網(wǎng)方式：3扇區(qū)AAU+1個(gè)BBU，假設(shè)AAU效率為20%，那么單單為5G基站供電的通信電源的輸出功率大約為：

P_out=(3*200)/0.2+1000=4000W

       而原有4G通信基站供電的通信電源輸出功率為2000W~3000W。輸出功率大幅提升。

       根據(jù)華為技術(shù)有限公司提供的數(shù)據(jù)，3G（兼容2G），4G（兼容3G），5G（兼容3G和4G）基站的功耗如下圖所示。增加5G通信后基站電源的功率上升68%。

       5G通信對(duì)電能需求增大意味著對(duì)通信電源的效率要求更高，從而降低通信運(yùn)營(yíng)成本(OPEX)，根據(jù)中國(guó)聯(lián)通的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，通信數(shù)據(jù)中心（中心局機(jī)房）的OPEX中電費(fèi)占比達(dá)到28%。雖然供電系統(tǒng)的能耗只占通信數(shù)據(jù)中心總能耗的10%，但是供電系統(tǒng)會(huì)加劇制冷系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，以30KW的系統(tǒng)為例，效率提高5%可以使得電源設(shè)備一年減少好點(diǎn)18000度，空調(diào)電耗減少7200度，提高通信電源轉(zhuǎn)換效率是通信數(shù)據(jù)中心的降成本的關(guān)鍵手段之一。

       5G通信的數(shù)據(jù)流量相比3G/4G通信變得更加不均衡，某時(shí)段流量可能極大，某時(shí)段可能小，這意味著通信電源的實(shí)際負(fù)載范圍會(huì)從輕載到滿載。對(duì)于5G通信電源，為了確保在任何負(fù)載下通信系統(tǒng)的耗電都達(dá)到最低值，效率的要求不再是某一負(fù)載下達(dá)到最高值，而是要求在很寬的范圍內(nèi)效率都要達(dá)到最高值，效率曲線變?yōu)檩^為平穩(wěn)的直線。

5G通信對(duì)電源的要求： 高功率密度

        如前所述，對(duì)于通信數(shù)據(jù)中心及宏基站，多數(shù)采用現(xiàn)有設(shè)備擴(kuò)容的方式來(lái)建設(shè)5G通信設(shè)備。其中留給用于5G通信需要的電能的電源柜的空間往往極其有限，甚至只能采用原有電源柜。在這些情況下電源柜的輸出功率需要大幅度增加。這就要求通信電源模塊（通常稱其為整流模塊）在保持體積基本不變的情況下輸出功率大幅度增加，即功率密度提升。例如大量用于4G通信中的3KW輸出整流模塊尺寸為280mm*80mm*40mm（長(zhǎng)*寬*高），其功率密度為：

ρ=3000/(（280/25.4）*（80/25.4）*（40/25.4）)=55W/in^3

而為了應(yīng)用于5G通信，在尺寸不變的情況下輸出功率需要達(dá)到4KW，那么電源功率密度為：

ρ=4000/(（280/25.4）*（80/25.4）*（40/25.4）)=73W/in^3

       對(duì)于5G微基站，AAU的供電電源采用抱桿設(shè)計(jì)，例如中興通訊推出的刀片式5G通信電源（如下圖所示）。為了降低整體箱體重量和尺寸，要求內(nèi)部的電源尺寸盡量小，高度盡量低（甚至低于20mm），相應(yīng)地電源的功率密度需要大幅度提高。

5G通信對(duì)電源的要求：自然散熱

       在5G通信中，微（小）基站數(shù)量將大大幅度增長(zhǎng)，根據(jù)中信建投證券的分析報(bào)告，5G微基站的數(shù)量將為6575萬(wàn)至1.64億。這些微基站的供電電源絕大多數(shù)都將被安裝在密閉空間內(nèi)，如圖3所示，以滿足IP65等防護(hù)等級(jí)，從而可以被安裝在室外、野外等環(huán)境。由于被安裝于密閉空間，因此這一類通信電源只能采用自然散熱（無(wú)強(qiáng)制風(fēng)冷或無(wú)水冷）方式。與此同時(shí)5G制式下通信電源的輸出功率相比3G/4G通信制式更大，這對(duì)通信電源的散熱設(shè)計(jì)帶來(lái)更為巨大的挑戰(zhàn)。

5G通信對(duì)電源的要求：高可靠性

       作為通信系統(tǒng)的心臟，通信電源的可靠性決定了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。5G通信將會(huì)應(yīng)用在自動(dòng)駕駛，智能制造，人工智能等重要場(chǎng)合，因此5G通信中對(duì)通信電源系統(tǒng)的可靠性提出了更高的要求。同時(shí)，如前面介紹5G通信將出現(xiàn)海量的微（小）基站，若出現(xiàn)批量失效，其維修成本將高的驚人。為了降低維護(hù)成本，提高電源的可靠性是對(duì)5G通信電源的主要要求之一。
       總結(jié)起來(lái)，這些新要求對(duì)于通信電源設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)挑戰(zhàn)非常大，常常使他們加班加點(diǎn)，甚至夜不能寐。

5G通信電源解決方案

5G通信電源解決方案：大功率和高效率方案

        對(duì)于開關(guān)電源來(lái)說(shuō)，能否輸出更大功率，決定因素在于功率變換產(chǎn)生得熱能否被散掉，能否保持器件的溫度穩(wěn)定在合適值。散熱決于兩個(gè)因素，一是產(chǎn)生的損耗大小，損耗小，那么容易被散掉，反之亦然；二是電源的散熱能力，這取決于散熱器，風(fēng)扇（強(qiáng)制風(fēng)冷）和熱路設(shè)計(jì)。而前者是熱產(chǎn)生的源頭，更易于解決問(wèn)題；而后者的決定因素很多，例如環(huán)境，結(jié)構(gòu)尺寸等，不易于實(shí)施和解決問(wèn)題。

        在隔離型開關(guān)電源中，依據(jù)拓?fù)涞牟煌β拾雽?dǎo)體器件的損耗約占總損耗的30%~80%，因此降低功率半導(dǎo)體器件的損耗對(duì)于提高輸出功率，同時(shí)也是提高效率具有重要意義。對(duì)于開關(guān)電源中常用的功率半導(dǎo)體器件MOSFET或者IGBT，損耗包括包括開關(guān)損耗（半導(dǎo)體開通和關(guān)斷過(guò)程中產(chǎn)生的損耗）和導(dǎo)通損耗（半導(dǎo)體在穩(wěn)態(tài)開通過(guò)程中由于導(dǎo)通電阻或者導(dǎo)通壓降產(chǎn)生的損耗）。只有將開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗都減小才可以降低半導(dǎo)體的整體損耗。

5G通信電源找億達(dá)，臺(tái)達(dá)通信電源總代，4006866839.

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