5G基站电源防护方案

5G 电源防护器件

第五代移动通信技术（5th Generation Mobile Communication Technology，简称 5G）是具有高速率、低时延和大连接特点的新一代宽带移动通信技术，是实现人机物互联的网络基础设施。

1. 5G 的特点

相比于现有的 3G、4G 通信，5G 通信具有超高速率、极低延时等特点。这些特点产生的原因是 5G 通信采用了更高频段的频谱，以中国为例：4G LTE 的频段为 1.8GHz-2.65GHz，而 5G 目前公布的频段为 3.3GHz-5GHz。而未来还会建设高于 6GHz 的毫米波(mmW)5G 通信。频率ν越高，意味着波长λ越小，对于无线通信，这意味着通信信号的覆盖面积越小。这一方面需要 5G 通信基站的密度更高，另一方面需要单一通信基站解决信号覆盖面积小等问题。

2. 对 5G 电源的要求：

作为通信系统的心脏，通信电源的可靠性决定了整个系统的可靠性。

5G 通信将出现海量的微（小）基站，若出现批量失效，其维修成本将高的惊人。为了降低维护成本，提高电源的可靠性是对 5G 通信电源的主要要求。而对于户外用电源，由于可能会遭受雷击，那么雷击，浪涌测试就非常关键。

3. -48V 常用的防护方案

方案 1:

此方案的特点

① 器件使用，压敏电阻使用 14D820KH 气放管使用 2R090S-6*4.2,TVS 使用 SMCJ58CA，满足 1.2/50-8/20us综合波 CM/DM 6KV-3KA

② 方案的优点：防护等级比较高，可灵活更换器件达到不同的防护等级。

③ 方案的缺点：使用的器件比较大，比较占空间，不利于小型化设计。

方案 2

此方案特点

① 器件选型：防护等级不高，则选择 SMDJ58CA 或者 5.0SMDJ58CA，如果防护等级比较高，市面上使用比较多的是力特的 AK10 系列，插件产品，而我司新进研发的 LSPD6 系列和 LSPD10 系列完美替代 AK10 系列，且为贴片封装，十分有利于自动化生产，其参数如下所示：

② 方案优点：使用器件少， 占用空间小，不用使用退耦电感

③ 方案缺点：成本稍高 主要应用于 BBU 电源部分。

附录

1. 5G 电源的特点

由于 5G 通信需要采用Massive MIMO 等技术，5G 基站的 AAU 单扇区输出功率由 4G 的 40W~80W 上升到 200W 甚至更高，同时由于处理的数据量大幅度增加，BBU（基带处理单元）（或者在 5G 某些组网模式下被拆分为 CU和 DU）的功率也大幅增加，其功率已经超过 1000W。对于目前较流行的 5G 基站组网方式：3 扇区 AAU+1 个BBU，假设 AAU 效率为 20%，那么单单为 5G 基站供电的通信电源的输出功率大约为：

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

而原有 4G 通信基站供电的通信电源输出功率为 2000W~3000W。输出功率大幅提升。

根据华为技术有限公司提供的数据，增加 5G 通信后基站电源的功率上升68%。

2. 5G 基站电源，市场空间多大？

目前，5G 单站供电功率预计将达到约 4000 瓦甚至更高，因而基站电源存在极大的扩容需求。换言之，90%的 4G 存量电源均需扩容和改造，以满足 5G 使用需求。

安信证券对 5G 电源市场空间的测算可见一斑：

（1）若在现有的-48V 开关电源方案基础上扩容，按照 5G 基站近4000 瓦的输入功率需求测算，至少需要增加 2 个-48V/50A 的整流模块，假设以 2000 元/个的模块单价，则单站的扩容成本为4000 元。

（2）若采用 HVDC 直流远供或者 DPS 分布式供电，单站价值约在 7000-1 万元左右。进一步假设 3 种供电方案的建设比例为 1：1：1，那么按照国内 450 万站的建设规模测算，预计 5G 基站电源市场空间有望达到 315 亿元。

3. 5G 网络架构和电源保障：

①核心侧

5G 建设中， DC 机房数据增加明显，DC 机房需要更可靠、更高效的电源，所以优先采用直流供电方式，建设前期采用-48V 供电，如图2，确保可靠性同时充分利用现有资源。

采用 48V 供电可靠性高，但缺点也非常明显，供电电压低，输送的电流大，线路损耗大，整体效率较低

5G 建设规模化，中后期可以采用高压直流，提升供电电压，降低线路损耗和转换损耗，从而提升整体系统效率，降低能耗

为了减少电源投资和进一步提升供电效率，市电直供也是一个发展方向，混合电源方案会规模化应用。

② 无线侧

5G 基站功耗和数量急剧增加，电源的供应问题是最大难题。宏站考虑不间断供电，可以采用-48V 或者高压直流方案，前期用-48V，规模建设采用高压直流方案；微站可以考虑拉远方案或者市电直供。

3. 市场收益方

① 5G 基站电源提供商主要包括维谛（Vertiv）、中达电通、中恒电气、中兴、华为、动力源、雅达、威迈斯、麦格米特、金威源、三星等数十家。产品代工主要以爱默生为主。

这些电源厂商的下游直接客户为电信运营商和铁塔公司，不过，从竞争格局来看，2010 年以来，通信电源行业从分散走向集中。根据 2018 年三大运营商集采数据，华为、中兴、中恒电气、动力源、中达电通、核达中远通和维谛（前艾默生网络能源）已占运营商集采 90%以上的份额，其他份额被易达、亚澳博信、华脉科技和东莞铭普等企业占据。

②除了 5G 基站电源厂商直接受益，锂电池、机房温控设备厂商也将分得杯羹。安信证券投资公司认为，大规模 5G 基站建设，带来通信电源广阔的市场空间。数据中心高压直流 HVDC 龙头企业中恒电气、通信基站电源供应商动力源、UPS 电源供应商科华恒盛、后备通信蓄电池公司南都电源、机房温控设备供应商英维克以及防雷领域的中光防雷等企业将大大受益。

④ 锂电池受益

电池是 5G 基站电源中重要的组成部分，目前铅酸电池、锂电池、智能锂电池、磷酸铁锂电池都是 5G 基站 的选择对象。但在政策推动和锂电池优势显著提升下，铅酸电池逐渐走向淘汰，基站用的电池逐渐向梯次锂电转换。

“梯次 ”锂电池可以简单理解为“二手 ”电池，比如从新能源汽车替换下来的二手电池，依然具备 60-80%的剩余容量，且具有一定的使用寿命，经过重新检测后，完全可以回收再利用。通过对动力锂电的二次利用，可以缓解锂电回收压力，减少资源消耗。

目前，政策指定中国铁塔公司参与梯次锂电池的循环使用。2018 年铁塔公司已经替代铅蓄电池4.5 万吨，与一汽、上汽等大型企业展开回收合作。据铁塔公司规划，2019 年其将继续扩大梯次锂电使用规模，预计将替换铅蓄电池 15 万吨，将消化退役动力蓄电池超过 5 万吨。

⑤ 元器件供应商受益

电源按照产品类型可分为分布式电源、多功能高密电源和智能电源。从内部结构划分，5G 基站电源主要由基础元器件、电池等部件构成。

元器件部分主要包括电源管理 IC、COOL MOS、快恢复二极管、肖特基二极管、驱动 IC、控制 IC、运放类部件，部分电源还采用快恢复二极管的 MOS，或者碳化硅 MOS、二极管等，其他被动器件如压敏/热敏电阻、X/Y电容，铝电解电容、继电器、贴片电容电阻等，这些都被广泛用于基站电源。

据粗略统计，电源管理 IC 主要受益者有 TI、ON、NXP、英飞凌、ADI、Intersil、罗姆等国际大厂。模拟 IC设计公司 3PEAK、矽力杰、SGMC（圣邦微电子）等厂商也将受益。电源连接器主要供应商有 TE、Molex、永贵电器等， 目前永贵电器实现 5G 基站电源类连接器以及机柜内精密连接器产品供货。麦捷科技子公司金之川向华为、中兴供应基站电源类功率电感和平板变压器等元器件产品；在电池的部分，上面已提到的梯次锂电池将迎来新的生机。

不过，挑战往往与机遇并存。尽管 5G 通信基站电源前景十分可观，但目前 5G 基站耗电也成为阻碍其发展的“拦路虎 ”，电源厂商在迎接机遇的同时，更要跨越功耗大关。