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1、 随着通信产业的飞速发展，通信产业能源消耗与日俱增，通信业已站在了节能减排的风口浪尖，新建基站如果采用高效率电源系统取代目前效率仅为 90%的电源系统，可极大降低运营商们的运营成本。本文着重就通信用高效模块的节能效果进行探讨。 根据国家“十一五“规划纲要中提出的要求，到 2010 年单位 GDP 能耗要比 2005 年下降 20%，平均每年要下降 4%才能达到规划要求，落实节约资源和保护环境基本国策，建设低投入、高产出，低消耗、少排放，能循环、可持续的国民经济体系和资源节约型、环境友好型社会。随着信息化的日益推广普及，促使通信产业飞速发展，通信网络的规模不断扩大，信息通信产业能源消耗也与日俱增
2、。我国的通信网络中有上万台交换机、几十万个移动基站，随着通信业的不断发展，通信网络设备数量不断增长，所需的电力等能源需求也日益增长。在通信机房中，通信设备用电量最大，其次是空调用电，作为直流通信电源用电量约占 10%。对通信机房来讲要进行节能减排，最核心部分是通信主设备，通信主设备能耗降低，则直流供电系统的供电量也随之降低，空调的用电量随着机房整体发热量下降而随之降低。通信电源虽然只占近 10%的用电量，但也是一个不可忽视部分，下面着重就通信用高效模块的节能效果进行探讨。一、高效率电源系统介绍1.高效率电源的特点：台达电子秉持“节能、环保、爱地球“之经营理念，凭籍强大的研发实力，集多年设计、制
3、造的经验，不断地提供高能源效率的创新产品，现全新推出新一代通信用高效整流模块，具有高效率、高可靠性及绿色节能等显着特性，新一代通信用高效电源系统具有以下特点：A.全数字化 DSP 控制，高可靠设计；B.采用先进的拓朴电路，宽负载范围内实现软开关技术，转换效率高，在 20%100%负载率范围模块效率高达 95%以上；C.采用智能数字化电路控制的 PFC 技术，功率因数大于 0.99，交流输入电流谐波失真低小于 5%；D.高功率密度：功率密度大于 2W/cm3(34W/inch3)；高环境适应能力：输入电压范围 85300V，工作温度范围 -4075；2.高效率电源的实现：随着新型器件和新材料不断
4、地涌现并被应用到通信电源系统中，先进的拓朴电路运用到通信电源整流模块系统中。如：碳化硅(SiC)器件和新型磁性材料(如非晶材料)等已逐步应用到整流模块中；如：交流输入侧 AC/DC 转换电路中的 PFC 电路可以采用无整流桥的拓朴电路结构，与传统采用全桥整流桥的电路相比，主电路回路中减少了通过功率器件的数量，从而减少了功率器件的损耗，提高了电路的工作效率；采用新的 DC/DC 拓朴电路，在输出宽负载率范围内 DC/DC 电路中的开关器件以及输出侧整流电路实现软开关，开关损耗很小，效率提高，从而开关频率也可以得到提高，体积减少，功率密度提高；从上世纪90 年代诞生了同步整流技术，之前主要应用在低
5、电压输出的开关电源中，现在可以把这一技术应用到-48V 通信用电源系统中，即在 DC/DC 转换电路中的二次侧整流电路采用同步整流技术，则整流模块的效率在现有的基础上可以提高 12%。通过采用新器件、新材料及新技术，使通信电源整流模块的效率大大地提高，在 20%至 100%的负载率范围内其效率达到 95%以上，在宽负载率范围内做到高效率，在 50%负载率左右时其效率超过 96%。二、通信电源节能减排探讨1.当前通信基站电源系统采用的效能管理措施：为保障通信设备的不间断运转，通信电源系统中配置有蓄电池，通信设备中通信电源系统的整流模块配置需考虑系统的最大负载和蓄电池允许的最大充电电流及 N+1
6、备份等因素。在实际运行中，通信电源系统对蓄电池的充电电流在绝大部分时间里是等于零，即实际使用中整流模块的输出负载率并不是很大。根据目前整流模块普遍的效率曲线，整流模块工作在轻负载时，其工作的效率比较低，也就是说通信电源系统在绝大部分时间里的工作效率都比较低。对于这种情况，通信电源系统采用效能管理功能，可以有效地提高通信电源系统的整体工作效率。效能管理功能介绍：整流模块的效率曲线如图 4 所示，整流模块的负载率在 X1 点(40%)以下时，此段整流模块的工作效率比较低；整流模块的负载率工作在 X1(40%)和 X2(80%)之间时，此段整流模块的工作效率比较高；整流模块的负载率工作在 X2 以上
7、时，此段整流模块的工作效率要略低一点。整流模块的负载率在 X1 以下时，通信电源系统可以通过监控模块关闭部分整流模块，使这些模块处于待机休眠状态，此时整流模块只有控制电路在工作，功率变换主电路处于关断状态(DC/DC 电路和 PFC 电路)，整流模块的待机功耗很小，系统中工作的整流模块的负载率工作中 X1 与 X2 之间，此时通信电源系统的效率有明显提高；如果整流模块的负载率工作在 X2 以上，系统中若有因效能管理被关闭的整流模块，则被关闭的整流模块要打开，使整流模块的负载率在 X1 与 X2 之间，使电源系统的效率最大化。当然，采用效能管理功能时需考虑到系统的安全可靠性，要避免因通信电源系统
8、采用效能管理后导致系统的可靠性降低，系统的安全可靠性应不受效能管理影响，在各种异常情况下能够采取相应的保护措施。对常用的 48V/200A 基站通信电源系统(4 台 48V/50A 整流模块组成)，通过对通信电源系统采用效能管理功能，在不同的输出负载时的节能曲线如图 5 所示(横坐标为输出功率，纵坐标为节能数，单位为 W)：在输出负载为 1000W 时，采用效能管理节能最多，可节能 136W。基站电源系统的负载通常在2500W 左右，采用效能管理后系统的工作效率可达到 90%，比采用效能管理前可节能约 65W，则一年总的节电量为：65W*24 小时*365/1000=569 千瓦时(度)，即一
9、年可节能接近 600 度电费，并且可减少二氧化碳排量约 500kg，对于几十万个移动通信基站来讲，其节能减排效果是非常可观。2.采用高效率电源系统：与上面举例的 48V/200A 基站通信电源系统(4 台 48V/50A 整流模块组成)，负载功率为 2500W 进行对比，改用高效率电源系统后其电源系统的工作效率将超过 95%，以 95%的工作效率计算，它的输入功率为：2500/0.95=2632(W)，对于近期的通信电源系统，采用效能管理后现有的电源系统的工作效率为90%，其输入功率为：2500/0.9 = 2778 (W)，若采用高效率电源系统可节电：2778-2632=146(W)，则一年
10、的节电量为：146W*24 小时*365 天/1000 = 1279 千瓦时(度)，一年可减少二氧化碳的排放量约为：1100kg。对于早期的通信电源系统，系统的工作效率以 85%计算，其输入功率为：2500/0.85=2941(W)， 若采用高效率电源系统则可节电：2941-2632=309(W)，则一年的节电量为：309W*24 小时*365 天/1000 = 2707 千瓦时(度)，一年可减少二氧化碳的排放量约为：2300kg。以上为一个基站电源系统的节能减排贡献，如果乘以几十万个通信基站的数量，则一年可节省用电量约 5 亿度，减少二氧化碳排放量约为 40 万吨，节能减排的贡献相当可观。另
11、外，由于通信电源系统工作效率提高，电源系统自身的发热量降低，整流模块产生的发热量减少了 50%，只有原先的一半，则带来了机房内空调耗电量的降低，此部分的节能减排贡献也是比较可观的。三、目前在网运行的基站通信电源系统现况由于通信用高频开关电源从上世纪 90 代初已开始逐步替代之间的相控电源，从上世纪九十年代开始使用以来，已将近二十年的时间。因此现网上运行的通信电源系统有一部分使用时间比较早，目前现网基站通信电源系统大致可分早期的电源系统和近期的电源系统二大类。对于早期的电源系统，由于当时的技术相对比较落后，整流模块的工作效率偏低，特别是在低负载率时，系统实际的工作效率通常在 85%以下。这些系统
12、通过改造成具有效能管理功能以达到节能减排目的已比较困难，意义也不是太大，而且有部分原电源供货商已退出通信电源市场，这部分改造已不可能。对于近期的电源系统，前面已有比较详细的分析，在用的大部分电源系统通过效能管理后工作效率可达到 90%。四、高效率电源系统带来的效益对于早期的电源系统，由于电源的工作效率相对较低，可以采用高效率电源系统进行改造，以提高电源系统的工作效率。通常改造方案有二种：方案一： 是用整套新的高效率电源系统直接更换之前早期的电源系统。方案二： 是保留原电源系统的机架和配电单元，只对电源系统内的整流模块、监控模块和相关的外围侦测电路及一些器件做更换。与方案一相比，方案二节省了机架的钢材用量和交直流配电的钢材和铜材用量，约可减少 400 公斤的二氧化碳排放量，投资成本降低 30%40%。采用高效率电源系统更换早期的电源系统后，通过每年的节电所节省的电费，如采用方案一，大约 56 年的时间可收回投资；如采用方案二，则大约 34 年的时间可收回投资。如果加上二氧化碳排放的费用，收回投资的时间提前。对于新建的基站，如果采用高效率电源系统取代目前效率为 90%的电源系统，通过高效率电源系统每年节电所节省的费用，约 2 年时间可收回高效率电源系统所增加的投资成本，同时也大大地降低了电信运营商的运营成本。
