隨著通信產業(yè)的飛速發(fā)展，通信產業(yè)能源消耗與日俱增，通信業(yè)已站在了節(jié)能減排的風口浪尖，新建基站如果采用高效率電源系統(tǒng)取代目前效率僅為90%的電源系統(tǒng)，可極大降低運營商們的運營成本。本文著重就通信用高效模塊的節(jié)能效果進行探討。

　　根據(jù)國家"十一五"規(guī)劃《綱要》中提出的要求，到2010年單位GDP能耗要比2005年下降20%，平均每年要下降4%才能達到規(guī)劃要求，落實節(jié)約資源和保護環(huán)境基本國策，建設低投入、高產出，低消耗、少排放，能循環(huán)、可持續(xù)的國民經濟體系和資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會。隨著信息化的日益推廣普及，促使通信產業(yè)飛速發(fā)展，通信網絡的規(guī)模不斷擴大，信息通信產業(yè)能源消耗也與日俱增。我國的通信網絡中有上萬臺交換機、幾十萬個移動基站，隨著通信業(yè)的不斷發(fā)展，通信網絡設備數(shù)量不斷增長，所需的電力等能源需求也日益增長。在通信機房中，通信設備用電量最大，其次是空調用電，作為直流通信電源用電量約占10%。對通信機房來講要進行節(jié)能減排，最核心部分是通信主設備，通信主設備能耗降低，則直流供電系統(tǒng)的供電量也隨之降低，空調的用電量隨著機房整體發(fā)熱量下降而隨之降低。通信電源雖然只占近10%的用電量，但也是一個不可忽視部分，下面著重就通信用高效模塊的節(jié)能效果進行探討。

　　一、高效率電源系統(tǒng)介紹
　　1.高效率電源的特點：

　　臺達電子秉持"節(jié)能、環(huán)保、愛地球"之經營理念，憑籍強大的研發(fā)實力，集多年設計、制造的經驗，不斷地提供高能源效率的創(chuàng)新產品，現(xiàn)全新推出新一代通信用高效整流模塊，具有高效率、高可靠性及綠色節(jié)能等顯著特性，新一代通信用高效電源系統(tǒng)具有以下特點：

　　A.全數(shù)字化DSP控制，高可靠設計；

　　B.采用先進的拓樸電路，寬負載范圍內實現(xiàn)軟開關技術，轉換效率高，在20%～100%負載率范圍模塊效率高達95%以上；

　　C.采用智能數(shù)字化電路控制的PFC技術，功率因數(shù)大于0.99，交流輸入電流諧波失真低小于5%；

　　D.高功率密度：功率密度大于2W/cm3(34W/inch3)；高環(huán)境適應能力：輸入電壓范圍85～300V，工作溫度范圍 -40～75℃；

　　2.高效率電源的實現(xiàn)：

　　隨著新型器件和新材料不斷地涌現(xiàn)并被應用到通信電源系統(tǒng)中，先進的拓樸電路運用到通信電源整流模塊系統(tǒng)中。如：碳化硅(SiC)器件和新型磁性材料(如非晶材料)等已逐步應用到整流模塊中；如：交流輸入側AC/DC轉換電路中的PFC電路可以采用無整流橋的拓樸電路結構，與傳統(tǒng)采用全橋整流橋的電路相比，主電路回路中減少了通過功率器件的數(shù)量，從而減少了功率器件的損耗，提高了電路的工作效率；采用新的DC/DC拓樸電路，在輸出寬負載率范圍內DC/DC電路中的開關器件以及輸出側整流電路實現(xiàn)軟開關，開關損耗很小，效率提高，從而開關頻率也可以得到提高，體積減少，功率密度提高；從上世紀90年代誕生了同步整流技術，之前主要應用在低電壓輸出的開關電源中，現(xiàn)在可以把這一技術應用到-48V通信用電源系統(tǒng)中，即在DC/DC轉換電路中的二次側整流電路采用同步整流技術，則整流模塊的效率在現(xiàn)有的基礎上可以提高1～2%。

　　通過采用新器件、新材料及新技術，使通信電源整流模塊的效率大大地提高，在20%至100%的負載率范圍內其效率達到95%以上，在寬負載率范圍內做到高效率，在50%負載率左右時其效率超過96%。

　　二、通信電源節(jié)能減排探討
　　1.當前通信基站電源系統(tǒng)采用的效能管理措施：

　　為保障通信設備的不間斷運轉，通信電源系統(tǒng)中配置有蓄電池，通信設備中通信電源系統(tǒng)的整流模塊配置需考慮系統(tǒng)的最大負載和蓄電池允許的最大充電電流及N+1備份等因素。在實際運行中，通信電源系統(tǒng)對蓄電池的充電電流在絕大部分時間里是等于零，即實際使用中整流模塊的輸出負載率并不是很大。根據(jù)目前整流模塊普遍的效率曲線，整流模塊工作在輕負載時，其工作的效率比較低，也就是說通信電源系統(tǒng)在絕大部分時間里的工作效率都比較低。對于這種情況，通信電源系統(tǒng)采用效能管理功能，可以有效地提高通信電源系統(tǒng)的整體工作效率。

　　效能管理功能介紹：整流模塊的效率曲線如圖4所示，整流模塊的負載率在X1點(40%)以下時，此段整流模塊的工作效率比較低；整流模塊的負載率工作在X1(40%)和X2(80%)之間時，此段整流模塊的工作效率比較高；整流模塊的負載率工作在X2以上時，此段整流模塊的工作效率要略低一點。整流模塊的負載率在X1以下時，通信電源系統(tǒng)可以通過監(jiān)控模塊關閉部分整流模塊，使這些模塊處于待機休眠狀態(tài)，此時整流模塊只有控制電路在工作，功率變換主電路處于關斷狀態(tài)(DC/DC電路和PFC電路)，整流模塊的待機功耗很小，系統(tǒng)中工作的整流模塊的負載率工作中X1與X2之間，此時通信電源系統(tǒng)的效率有明顯提高；如果整流模塊的負載率工作在X2以上，系統(tǒng)中若有因效能管理被關閉的整流模塊，則被關閉的整流模塊要打開，使整流模塊的負載率在X1與X2之間，使電源系統(tǒng)的效率最大化。當然，采用效能管理功能時需考慮到系統(tǒng)的安全可靠性，要避免因通信電源系統(tǒng)采用效能管理后導致系統(tǒng)的可靠性降低，系統(tǒng)的安全可靠性應不受效能管理影響，在各種異常情況下能夠采取相應的保護措施。

　　對常用的48V/200A基站通信電源系統(tǒng)(4臺48V/50A整流模塊組成)，通過對通信電源系統(tǒng)采用效能管理功能，在不同的輸出負載時的節(jié)能曲線如圖5所示(橫坐標為輸出功率，縱坐標為節(jié)能數(shù)，單位為W)：

　　在輸出負載為1000W時，采用效能管理節(jié)能最多，可節(jié)能136W?；倦娫聪到y(tǒng)的負載通常在2500W左右，采用效能管理后系統(tǒng)的工作效率可達到90%，比采用效能管理前可節(jié)能約65W，則一年總的節(jié)電量為：65W*24小時*365/1000=569千瓦時(度)，即一年可節(jié)能接近600度電費，并且可減少二氧化碳排量約500kg，對于幾十萬個移動通信基站來講，其節(jié)能減排效果是非?？捎^。

　　2.采用高效率電源系統(tǒng)：
　　與上面舉例的48V/200A基站通信電源系統(tǒng)(4臺48V/50A整流模塊組成)，負載功率為2500W進行對比，改用高效率電源系統(tǒng)后其電源系統(tǒng)的工作效率將超過95%，以95%的工作效率計算，它的輸入功率為：2500/0.95=2632(W)，對于近期的通信電源系統(tǒng)，采用效能管理后現(xiàn)有的電源系統(tǒng)的工作效率為90%，其輸入功率為：2500/0.9 = 2778 (W)，若采用高效率電源系統(tǒng)可節(jié)電：2778-2632=146(W)，則一年的節(jié)電量為：146W*24小時*365天/1000 = 1279千瓦時(度)，一年可減少二氧化碳的排放量約為：1100kg。

　　對于早期的通信電源系統(tǒng)，系統(tǒng)的工作效率以85%計算，其輸入功率為：2500/0.85=2941(W)， 若采用高效率電源系統(tǒng)則可節(jié)電：2941-2632=309(W)，則一年的節(jié)電量為：309W*24小時*365天/1000 = 2707千瓦時(度)，一年可減少二氧化碳的排放量約為：2300kg。

　　以上為一個基站電源系統(tǒng)的節(jié)能減排貢獻，如果乘以幾十萬個通信基站的數(shù)量，則一年可節(jié)省用電量約5億度，減少二氧化碳排放量約為40萬噸，節(jié)能減排的貢獻相當可觀。另外，由于通信電源系統(tǒng)工作效率提高，電源系統(tǒng)自身的發(fā)熱量降低，整流模塊產生的發(fā)熱量減少了50%，只有原先的一半，則帶來了機房內空調耗電量的降低，此部分的節(jié)能減排貢獻也是比較可觀的。

　　三、目前在網運行的基站通信電源系統(tǒng)現(xiàn)況

　　由于通信用高頻開關電源從上世紀90代初已開始逐步替代之間的相控電源，從上世紀九十年代開始使用以來，已將近二十年的時間。因此現(xiàn)網上運行的通信電源系統(tǒng)有一部分使用時間比較早，目前現(xiàn)網基站通信電源系統(tǒng)大致可分早期的電源系統(tǒng)和近期的電源系統(tǒng)二大類。

　　對于早期的電源系統(tǒng)，由于當時的技術相對比較落后，整流模塊的工作效率偏低，特別是在低負載率時，系統(tǒng)實際的工作效率通常在85%以下。這些系統(tǒng)通過改造成具有效能管理功能以達到節(jié)能減排目的已比較困難，意義也不是太大，而且有部分原電源供貨商已退出通信電源市場，這部分改造已不可能。

　　對于近期的電源系統(tǒng)，前面已有比較詳細的分析，在用的大部分電源系統(tǒng)通過效能管理后工作效率可達到90%。

　　四、高效率電源系統(tǒng)帶來的效益

　　對于早期的電源系統(tǒng)，由于電源的工作效率相對較低，可以采用高效率電源系統(tǒng)進行改造，以提高電源系統(tǒng)的工作效率。通常改造方案有二種：

　　方案一： 是用整套新的高效率電源系統(tǒng)直接更換之前早期的電源系統(tǒng)。
　　方案二： 是保留原電源系統(tǒng)的機架和配電單元，只對電源系統(tǒng)內的整流模塊、監(jiān)控模塊和相關的外圍偵測電路及一些器件做更換。

　　與方案一相比，方案二節(jié)省了機架的鋼材用量和交直流配電的鋼材和銅材用量，約可減少400公斤的二氧化碳排放量，投資成本降低30%～40%。采用高效率電源系統(tǒng)更換早期的電源系統(tǒng)后，通過每年的節(jié)電所節(jié)省的電費，如采用方案一，大約5～6年的時間可收回投資；如采用方案二，則大約3～4年的時間可收回投資。如果加上二氧化碳排放的費用，收回投資的時間提前。

　　對于新建的基站，如果采用高效率電源系統(tǒng)取代目前效率為90%的電源系統(tǒng)，通過高效率電源系統(tǒng)每年節(jié)電所節(jié)省的費用，約2年時間可收回高效率電源系統(tǒng)所增加的投資成本，同時也大大地降低了電信運營商的運營成本。