5G基站新型开关电源设计方案探析

辛晨昱

（安徽省通信产业服务有限公司，安徽 合肥 230000）

0 引 言

移动通信技术的快速发展离不开基站的建设。随着5G时代的来临，为了实现5G时代高频覆盖及高速率上传和下载，5G基站的站点也越来越多。在5G基站的建设中，建立大量的基带处理单元，基于输入与输出电流，有效探析5G基站开关电源设计方案，从而控制并降低电能的转换情况，大幅度降低5G基站的电能损耗。

1 5G基站电源系统的概述

1.1 5G基站电源系统的组成部分

通常情况下，基站的电源以交流供电和直流供电方式为主，直流供电主要由1～2组蓄电池组成，而交流供电主要和市政供电相连接，基站也配备了对应的发电机和保护器[1]。在传统的2G～4G基站系统中，这些基站系统都需要电力资源才能正常运转，导致基站对电力的需求量非常庞大。

1.2 常规基站的电力需求

5G基站的设备方案主要是由AAU、CU以及DU这3部分组成，因此就需要在5G基站内架设对应的BUU和AAU等不同单元。和传统通信技术相比，5G通信技术对BBU的功耗较高，这导致5G基站内部设备的功耗要远远高于2G～4G基站的内部功耗，能够达到5 000 W功耗。所以为了满足通信需求，在基站的建设过程中，通常需要配备1套2G系统、1套3G系统以及两套4G系统设备，这些设备的总功耗能够达到22 000 W，同时直流功耗可以达到14 000 W左右。基站内部电源参数中，供电安全系数为1.25，设备总功率为21 800 W，功率因数为0.8，整流模块电流为50 A，整流模块数量为9。

1.3 5G基站开关电源系统的能量消耗

5G基站的供电由48 V开关电源完成，通常是从直流供电或者交流供电的过程中将电压转换为48 V电压。因此在电能的转换过程中，每次使用开关电源进行转换都会增大电能的消耗，其消耗可以达到8%左右[2]。在使用传统开关电源时，往往需要进行两次以上的能量转换，所以极大地增加了电能的消耗，使电能消耗达到了16%左右。而在市电供应出现问题导致电力中断时，48 V的蓄电池组可以通过自动转换开关的方式实现供电端口的切换。通常由48 V的蓄电池组完成对DC/DC变换器的电力供应，最终将48 V的直流电通过转换器转换为240～480 V的高压直流电，完成对5G基站子站的电力供应需求。

2 5G基站供电方案

2.1 传统基站开关电源

在传统的移动基站供电中，通常以48 V开关电源居多，这是因为这种供电方案对无线通信技术和网络环境的要求比较低。对5G基站的电源开关主要采用交流配送的输电方式，最为常见的交流电压分别是220 V和380 V。随着电能的有效输出，将配电与整流部分进行连接可以使用户获得相关信号，将配电连接到整流部分可以实现对电信号的转换。为了更好地满足用户应用通信设备的运行需求，5G基站的建设数量逐渐增多，能够有效满足人们对网络连接的需求，但这也导致人们对基站电源开关的要求越来越高[3]。在5G基站的电源开关和通信设备满足不间断供电需求的过程中，只有提高供电总额，才能使5G基站新型开关电源满足使用需求。

2.2 针对5G基站供电方式的设计

为了更好地确保5G无线通信网络的集中交流需求，在确保供电不间断的情况下，需要相关技术人员做好供电和高压直流电之间的变动关系。充分考虑电源开关的分散供电问题时，满足5G通信技术需求，可以在基站中使用UPS作为供电系统等电源供电方式，实现基站的正常运行。在5G时代，5G基站的建设主要以微基站建设为主，基站的蓄电池在这种情况下通常会启动子站供电，不但可以起到保障子站的电力使用，同时还能有效地提升5G网络质量，给用户提供更加稳定的感知，且不会造成任何不良影响。

3 高压直流远供电的优缺点

3.1 优 点

高压直流远供电具有以下4个优点。首先，随着5G高压直流远供电进程的不断推进，很多5G基站建立在人口较为稠密的地区[4]。由于人口比较稠密，很容易在基站引入交流电缆的过程中发生漏电事故，但如果使用高压直流远供电，可以有效地将电压悬浮在地面上，从而避免发生触电事故，大幅度降低触电风险。其次，使用高压直流远供电方式能够更好地简化电费的缴纳流程，提高5G基站的运营效率。再次，高压直流远供电在没有市电供应的情况下，配备的蓄电池通常会自动维护5G基站的电源供应，从而使5G基站依旧可以稳定运行，有效保障网络质量。最后，在使用光电电缆的过程中必须做好线路的布置工作，从而可以快速实现并完成对电流的供应运送等问题，大幅度降低基站的建造成本。

3.2 缺 点

高压直流远供电存在两个缺点，一是在供电时，从母站到子站的电量供应过程中往往会涉及到好几次能量转换[5]。每次能量转换都会出现能量损失，通常情况下每次能量转换会损失8%的能量，而每次都需要进行两次能量转换，因此会损失16%的能量，这导致电力成本大幅度提高。二是随着母站和子站之间的电缆发生断裂后，会严重影响到子站的电源供应情况，导致子站无法得到正常的电源供应，这种情况下就需要基站采取组网的方式弥补电源供应问题。

4 5G基站新型开关电源的设计方案

在实际的5G基站开关电源方案设计中，为了更好地满足5G基站的用电需求，就需要在设计中做好光电复合电缆的布线工作，有利于解决传统的基站设计供电和传输等问题。优化5G基站新型开关电源设计方案，能够缩减5G基站的成本，同时为了满足5G基站的用电需求，在对5G基站新型电源开关的设计方案中，将移动通信网络根据子站的设备规格、型号进行有效选择，并在市电正常的情况下确保5G基站开关电源系统由48 V开关电源为该基站的运行进行供电。

在基站的输送环节中，技术人员需要充分考虑到远端子站的实际使用需求，电能转换过程中由于会产生损耗，导致远端传输造成的损耗通常达到15%左右[6]。针对5G基站新型开关电源设计方案，需要实现开关、电源以及直流远供三者的有机融合，这是实现切换模块和开关电源模块得到有效控制的基础设计。在5G基站新型开关电源投入使用后，为了确保其使用性能良好，设计人员还可以通过增设HVDC的方式控制好模块和同步的HVDC开关电源模块方式完善其功能需求。

基于5G基站新型开关电源的设计原理和5G基站结构，相关设计人员必须充分考虑到增设HVDC开关电源控制模块，并采取多种路径的输入和输出功能。根据目前的实际情况，通常采用两路输入和1～2路输入的方式可以很好地实现对5G基站新型开关电源的设计，最终有利于实现自动切换。在5G基站新型开关电源的应用需求满足紧急情况下的操作时，5G基站新型开关电源的电压输入是220 V，输出是480 V，而在自动操作切换下需要严格验收和控制自动切换的质量。一旦5G基站出现异常供电的情况，那么在电能不稳定的情况下就需要自动将档位切换到48 V的蓄电池供电状态，从而有效保证子站的稳定输出。

在5G基站新型开关电源的设计中，为了能够更加及时准确地获得开关电源的相关信息，就必须在5G基站新型开关电源的系统内部设计监控和单元显示[7]。只有做好对5G基站新型开关电源的监控，才能使5G基站的相关技术管理人员和监控人员根据数据显示信息监控显示单元并获取输入与输出配电的有关数据需求。

5 5G基站开关电源的具体改造方案

5.1 对市电交流电的供电设备的改造方案

做好对5G基站内市电开容量和引入容量的检查，可以保证市电引入容量达到对应的改造标准。当市电引入无法满足5G基站相关设备的需求时，需要增容，同时还要检测市电交流供电系统的交流配电箱，必要时可以更换交流配电箱[8]。而对铁锂电池组进行市电扩容时，为了使5G基站的容量达到改造标准，就需要对市电蓄电池组提供必要的供电需求，有利于使5G基站满足通信用电需求。

5.2 对开关电源的改造方案

在对开关电源的改造方案中，对5G基站直流系统供电添加整流模块的扩容，能够更好地满足5G基站的用电需求。当5G基站开关电源容量无法满足5G基站的需求时，应该及时更换为48 V的开关电源，给新增的5G设备单独再增加48 V的直流电源系统，并增加DC/DC变换器，从而达到给5G设备供电的目的[9]。

5.3 对电源端子的改造方案

在改造电源端子时，需要检测开关电源的剩余端子数量，使其能够达到改造标准。但如果在改造中没有满足改造标准，则需要及时更换对应的保险丝，并添加配置直流配电线和配电箱电源。

5.4 对蓄电池组的改造方案

在对蓄电池组的改造过程中，由于5G基站的建设位置不同，因此对应的供电状况和基础条件也有所不同。基于此，通过增加蓄电池组的数量，并给基站提供充足的电力，可以有效保证5G基站电力的供应[10]。为了达到节约基站内空间资源，同时利于安装的目的，在对5G通信基站的改造中基站内部的设施和功耗必须满足一定的条件，具体如表1所示。

表1 5G基站改造后相关设备功耗标准

6 结 论

通过分析和研究5G基站新型开关电源设计方案，可以有效节省电力资源，同时降低5G基站的用电成本。在建设新基站或者对原有基站进行改造的过程中，应该优先考虑到对新型开关电源的应用，同时引入高压直流远供技术，进一步完善5G基站的基础建设，实现对其功能的优化。