眾所周知，包括韓國和美國在內的世界多個國家和地區已經率先開啟了5G通信。中國也在20多個城市開始了5G通信試點并會在未來大力推廣。5G通信的建設方興未艾。

       相比于現有的3G、4G通信，5G通信具有超高速率、極低延時等特點。這些特點產生的原因是5G通信采用了更高頻段的頻譜，以中國為例：4G LTE的頻段為1.8GHz-2.65GHz，而5G目前公布的頻段為3.3GHz-5GHz。而未來還會建設高于6GHz的毫米波(mmW)5G通信。根據光速公式：
c=λν

       頻率ν越高，意味著波長λ越小，對于無線通信，這意味著通信信號的覆蓋面積越小。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等技術解決信號覆蓋面積小等問題。這些新技術和應用對于通信電源的自然散熱能力，維護成本等提出了新的需求。

       同時，5G較為豐富的組網架構和布局方式帶來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。由于在很長一段時間內5G的建設還需要兼容（保留）現有3G和4G通信，因此多數采用現有基站和中心局進行改造和升級的方式，這意味著通信電源需要同時給3G/4G和5G通信設備供電，對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通信對電源的要求

       5G通信的建設給開關電源企業帶來了巨大商機。根據安信證券研究中心的數據，5G通信電源的市場規模預計為315億元人民幣。而巨大商機也同時給通信電源設計者帶來了新的挑戰。

5G通信對電源的要求：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，5G基站的AAU單扇區輸出功率由4G的40W~80W上升到200W甚至更高，同時由于處理的數據量大幅度增加，BBU（基帶處理單元）（或者在5G某些組網模式下被拆分為CU和DU）的功率也大幅增加，其功率已經超過1000W。對于目前較流行的5G基站組網方式：3扇區AAU+1個BBU，假設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。

       根據華為技術有限公司提供的數據，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通信對電能需求增大意味著對通信電源的效率要求更高，從而降低通信運營成本(OPEX)，根據中國聯通的統計數據，通信數據中心（中心局機房）的OPEX中電費占比達到28%。雖然供電系統的能耗只占通信數據中心總能耗的10%，但是供電系統會加劇制冷系統的負擔，以30KW的系統為例，效率提高5%可以使得電源設備一年減少好點18000度，空調電耗減少7200度，提高通信電源轉換效率是通信數據中心的降成本的關鍵手段之一。

       5G通信的數據流量相比3G/4G通信變得更加不均衡，某時段流量可能極大，某時段可能小，這意味著通信電源的實際負載范圍會從輕載到滿載。對于5G通信電源，為了確保在任何負載下通信系統的耗電都達到最低值，效率的要求不再是某一負載下達到最高值，而是要求在很寬的范圍內效率都要達到最高值，效率曲線變為較為平穩的直線。

5G通信對電源的要求： 高功率密度

        如前所述，對于通信數據中心及宏基站，多數采用現有設備擴容的方式來建設5G通信設備。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*寬*高），其功率密度為：

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

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

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

       對于5G微基站，AAU的供電電源采用抱桿設計，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，要求內部的電源尺寸盡量小，高度盡量低（甚至低于20mm），相應地電源的功率密度需要大幅度提高。

5G通信對電源的要求：自然散熱

       在5G通信中，微（小）基站數量將大大幅度增長，根據中信建投證券的分析報告，5G微基站的數量將為6575萬至1.64億。這些微基站的供電電源絕大多數都將被安裝在密閉空間內，如圖3所示，以滿足IP65等防護等級，從而可以被安裝在室外、野外等環境。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（無強制風冷或無水冷）方式。與此同時5G制式下通信電源的輸出功率相比3G/4G通信制式更大，這對通信電源的散熱設計帶來更為巨大的挑戰。

5G通信對電源的要求：高可靠性

       作為通信系統的心臟，通信電源的可靠性決定了整個系統的可靠性。5G通信將會應用在自動駕駛，智能制造，人工智能等重要場合，因此5G通信中對通信電源系統的可靠性提出了更高的要求。同時，如前面介紹5G通信將出現海量的微（小）基站，若出現批量失效，其維修成本將高的驚人。為了降低維護成本，提高電源的可靠性是對5G通信電源的主要要求之一。
       總結起來，這些新要求對于通信電源設計者來說挑戰非常大，常常使他們加班加點，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

        對于開關電源來說，能否輸出更大功率，決定因素在于功率變換產生得熱能否被散掉，能否保持器件的溫度穩定在合適值。散熱決于兩個因素，一是產生的損耗大小，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，風扇（強制風冷）和熱路設計。而前者是熱產生的源頭，更易于解決問題；而后者的決定因素很多，例如環境，結構尺寸等，不易于實施和解決問題。

        在隔離型開關電源中，依據拓撲的不同，功率半導體器件的損耗約占總損耗的30%~80%，因此降低功率半導體器件的損耗對于提高輸出功率，同時也是提高效率具有重要意義。對于開關電源中常用的功率半導體器件MOSFET或者IGBT，損耗包括包括開關損耗（半導體開通和關斷過程中產生的損耗）和導通損耗（半導體在穩態開通過程中由于導通電阻或者導通壓降產生的損耗）。只有將開關損耗和導通損耗都減小才可以降低半導體的整體損耗。

5G通信電源找億達，臺達通信電源總代，4006866839.

上一篇 ：標準化通信機房建設方案

下一篇：臺達樓宇自控為寧波檔案館支招“祛濕防霉”術