5G基站新型開關電源設計方案探析

辛晨昱

（安徽省通信產業服務有限公司，安徽 合肥 230000）

0 引 言

移動通信技術的快速發展離不開基站的建設。隨著5G時代的來臨，為了實現5G時代高頻覆蓋及高速率上傳和下載，5G基站的站點也越來越多。在5G基站的建設中，建立大量的基帶處理單元，基于輸入與輸出電流，有效探析5G基站開關電源設計方案，從而控制并降低電能的轉換情況，大幅度降低5G基站的電能損耗。

1 5G基站電源系統的概述

1.1 5G基站電源系統的組成部分

通常情況下，基站的電源以交流供電和直流供電方式為主，直流供電主要由1～2組蓄電池組成，而交流供電主要和市政供電相連接，基站也配備了對應的發電機和保護器[1]。在傳統的2G～4G基站系統中，這些基站系統都需要電力資源才能正常運轉，導致基站對電力的需求量非常龐大。

1.2 常規基站的電力需求

5G基站的設備方案主要是由AAU、CU以及DU這3部分組成，因此就需要在5G基站內架設對應的BUU和AAU等不同單元。和傳統通信技術相比，5G通信技術對BBU的功耗較高，這導致5G基站內部設備的功耗要遠遠高于2G～4G基站的內部功耗，能夠達到5 000 W功耗。所以為了滿足通信需求，在基站的建設過程中，通常需要配備1套2G系統、1套3G系統以及兩套4G系統設備，這些設備的總功耗能夠達到22 000 W，同時直流功耗可以達到14 000 W左右。基站內部電源參數中，供電安全系數為1.25，設備總功率為21 800 W，功率因數為0.8，整流模塊電流為50 A，整流模塊數量為9。

1.3 5G基站開關電源系統的能量消耗

5G基站的供電由48 V開關電源完成，通常是從直流供電或者交流供電的過程中將電壓轉換為48 V電壓。因此在電能的轉換過程中，每次使用開關電源進行轉換都會增大電能的消耗，其消耗可以達到8%左右[2]。在使用傳統開關電源時，往往需要進行兩次以上的能量轉換，所以極大地增加了電能的消耗，使電能消耗達到了16%左右。而在市電供應出現問題導致電力中斷時，48 V的蓄電池組可以通過自動轉換開關的方式實現供電端口的切換。通常由48 V的蓄電池組完成對DC/DC變換器的電力供應，最終將48 V的直流電通過轉換器轉換為240～480 V的高壓直流電，完成對5G基站子站的電力供應需求。

2 5G基站供電方案

2.1 傳統基站開關電源

在傳統的移動基站供電中，通常以48 V開關電源居多，這是因為這種供電方案對無線通信技術和網絡環境的要求比較低。對5G基站的電源開關主要采用交流配送的輸電方式，最為常見的交流電壓分別是220 V和380 V。隨著電能的有效輸出，將配電與整流部分進行連接可以使用戶獲得相關信號，將配電連接到整流部分可以實現對電信號的轉換。為了更好地滿足用戶應用通信設備的運行需求，5G基站的建設數量逐漸增多，能夠有效滿足人們對網絡連接的需求，但這也導致人們對基站電源開關的要求越來越高[3]。在5G基站的電源開關和通信設備滿足不間斷供電需求的過程中，只有提高供電總額，才能使5G基站新型開關電源滿足使用需求。

2.2 針對5G基站供電方式的設計

為了更好地確保5G無線通信網絡的集中交流需求，在確保供電不間斷的情況下，需要相關技術人員做好供電和高壓直流電之間的變動關系。充分考慮電源開關的分散供電問題時，滿足5G通信技術需求，可以在基站中使用UPS作為供電系統等電源供電方式，實現基站的正常運行。在5G時代，5G基站的建設主要以微基站建設為主，基站的蓄電池在這種情況下通常會啟動子站供電，不但可以起到保障子站的電力使用，同時還能有效地提升5G網絡質量，給用戶提供更加穩定的感知，且不會造成任何不良影響。

3 高壓直流遠供電的優缺點

3.1 優 點

高壓直流遠供電具有以下4個優點。首先，隨著5G高壓直流遠供電進程的不斷推進，很多5G基站建立在人口較為稠密的地區[4]。由于人口比較稠密，很容易在基站引入交流電纜的過程中發生漏電事故，但如果使用高壓直流遠供電，可以有效地將電壓懸浮在地面上，從而避免發生觸電事故，大幅度降低觸電風險。其次，使用高壓直流遠供電方式能夠更好地簡化電費的繳納流程，提高5G基站的運營效率。再次，高壓直流遠供電在沒有市電供應的情況下，配備的蓄電池通常會自動維護5G基站的電源供應，從而使5G基站依舊可以穩定運行，有效保障網絡質量。最后，在使用光電電纜的過程中必須做好線路的布置工作，從而可以快速實現并完成對電流的供應運送等問題，大幅度降低基站的建造成本。

3.2 缺 點

高壓直流遠供電存在兩個缺點，一是在供電時，從母站到子站的電量供應過程中往往會涉及到好幾次能量轉換[5]。每次能量轉換都會出現能量損失，通常情況下每次能量轉換會損失8%的能量，而每次都需要進行兩次能量轉換，因此會損失16%的能量，這導致電力成本大幅度提高。二是隨著母站和子站之間的電纜發生斷裂后，會嚴重影響到子站的電源供應情況，導致子站無法得到正常的電源供應，這種情況下就需要基站采取組網的方式彌補電源供應問題。

4 5G基站新型開關電源的設計方案

在實際的5G基站開關電源方案設計中，為了更好地滿足5G基站的用電需求，就需要在設計中做好光電復合電纜的布線工作，有利于解決傳統的基站設計供電和傳輸等問題。優化5G基站新型開關電源設計方案，能夠縮減5G基站的成本，同時為了滿足5G基站的用電需求，在對5G基站新型電源開關的設計方案中，將移動通信網絡根據子站的設備規格、型號進行有效選擇，并在市電正常的情況下確保5G基站開關電源系統由48 V開關電源為該基站的運行進行供電。

在基站的輸送環節中，技術人員需要充分考慮到遠端子站的實際使用需求，電能轉換過程中由于會產生損耗，導致遠端傳輸造成的損耗通常達到15%左右[6]。針對5G基站新型開關電源設計方案，需要實現開關、電源以及直流遠供三者的有機融合，這是實現切換模塊和開關電源模塊得到有效控制的基礎設計。在5G基站新型開關電源投入使用后，為了確保其使用性能良好，設計人員還可以通過增設HVDC的方式控制好模塊和同步的HVDC開關電源模塊方式完善其功能需求。

基于5G基站新型開關電源的設計原理和5G基站結構，相關設計人員必須充分考慮到增設HVDC開關電源控制模塊，并采取多種路徑的輸入和輸出功能。根據目前的實際情況，通常采用兩路輸入和1～2路輸入的方式可以很好地實現對5G基站新型開關電源的設計，最終有利于實現自動切換。在5G基站新型開關電源的應用需求滿足緊急情況下的操作時，5G基站新型開關電源的電壓輸入是220 V，輸出是480 V，而在自動操作切換下需要嚴格驗收和控制自動切換的質量。一旦5G基站出現異常供電的情況，那么在電能不穩定的情況下就需要自動將檔位切換到48 V的蓄電池供電狀態，從而有效保證子站的穩定輸出。

在5G基站新型開關電源的設計中，為了能夠更加及時準確地獲得開關電源的相關信息，就必須在5G基站新型開關電源的系統內部設計監控和單元顯示[7]。只有做好對5G基站新型開關電源的監控，才能使5G基站的相關技術管理人員和監控人員根據數據顯示信息監控顯示單元并獲取輸入與輸出配電的有關數據需求。

5 5G基站開關電源的具體改造方案

5.1 對市電交流電的供電設備的改造方案

做好對5G基站內市電開容量和引入容量的檢查，可以保證市電引入容量達到對應的改造標準。當市電引入無法滿足5G基站相關設備的需求時，需要增容，同時還要檢測市電交流供電系統的交流配電箱，必要時可以更換交流配電箱[8]。而對鐵鋰電池組進行市電擴容時，為了使5G基站的容量達到改造標準，就需要對市電蓄電池組提供必要的供電需求，有利于使5G基站滿足通信用電需求。

5.2 對開關電源的改造方案

在對開關電源的改造方案中，對5G基站直流系統供電添加整流模塊的擴容，能夠更好地滿足5G基站的用電需求。當5G基站開關電源容量無法滿足5G基站的需求時，應該及時更換為48 V的開關電源，給新增的5G設備單獨再增加48 V的直流電源系統，并增加DC/DC變換器，從而達到給5G設備供電的目的[9]。

5.3 對電源端子的改造方案

在改造電源端子時，需要檢測開關電源的剩余端子數量，使其能夠達到改造標準。但如果在改造中沒有滿足改造標準，則需要及時更換對應的保險絲，并添加配置直流配電線和配電箱電源。

5.4 對蓄電池組的改造方案

在對蓄電池組的改造過程中，由于5G基站的建設位置不同，因此對應的供電狀況和基礎條件也有所不同。基于此，通過增加蓄電池組的數量，并給基站提供充足的電力，可以有效保證5G基站電力的供應[10]。為了達到節約基站內空間資源，同時利于安裝的目的，在對5G通信基站的改造中基站內部的設施和功耗必須滿足一定的條件，具體如表1所示。

表1 5G基站改造后相關設備功耗標準

6 結 論

通過分析和研究5G基站新型開關電源設計方案，可以有效節省電力資源，同時降低5G基站的用電成本。在建設新基站或者對原有基站進行改造的過程中，應該優先考慮到對新型開關電源的應用，同時引入高壓直流遠供技術，進一步完善5G基站的基礎建設，實現對其功能的優化。