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赋能5G网络:剖析基站电源的高可靠性设计挑战与解决方案

05

Dec

#Technical Article#AC-DC Power Supply#DC-DC Converter#Industrial / ITE#Baseplate-cooling / Fanless

 

 

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      在5G网络席卷全球的今天,我们享受着高速、低延时的移动互联体验。这一切的背后,是无数个默默工作的基站。而基站中的核心部件之一,远端射频单元(RRU,Remote Radio Unit),更是堪称“网络覆盖的基石”。RRU从诞生到普及,本身就是一场为克服传统一体化基站弊端而进行的技术革命。

 

一、 从一体化到分布式:RRU的诞生与技术优势
传统的“一体化基站”将所有的处理单元和射频单元集中在塔下的机房内,通过长长的馈线将信号输送到塔顶天线。这种架构存在几个致命弱点:
1. 巨大的馈线损耗:信号在长达数十米的馈线中传输,功率损耗可能高达60%以上。
2. 惊人的能耗:为了补偿馈线损耗,基站必须提供更高的发射功率,导致整体能耗飙升,一个多频段站点轻松突破3000瓦。
3. 散热挑战:高功耗设备集中在机房内,散热压力巨大。
4. 无法适应5G需求:MIMO(多输入多输出)技术要求多个发射通道,一体化基站难以扩展。

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图一:宏基站RRU&BBU示意图

RRU的解决方案:将射频单元从机房中“解放”出来,直接安装到铁塔上,紧挨着天线。这一变革带来了根本性的改善:

      ‧ 近乎零馈线损耗:信号“触手可及”,能量几乎全部用于辐射,效率倍增。

      ‧ 大幅降低总功耗:无需补偿馈线损耗,整体能耗显著下降。

      ‧ 布局灵活,支持多天线:为5G的大规模MIMO技术提供了完美的硬件基础。

 

二、 极致挑战:RRU电源的“炼狱”级工作环境

然而,将精密的电子设备从恒温恒湿的机房搬到风吹日晒的塔上,对为其供电的电源模块提出了极其严苛的要求。RRU电源的设计,是一场与极端环境的博弈:

      1. 空间极度受限:塔上空间寸土寸金,电源必须做到小型化、高功率密度。

      2. 无与伦比的高效率:任何一点效率损失都会转化为热量,在密闭空间中积聚。效率每提升1%,都意味着温升的显著下降和系统可靠性的巨大提升。

      3. “无风扇”散热与优秀的热管理:塔上设备无法使用风扇(易损坏、增加维护成本),必须依靠自然冷却和高效的导热设计,将内部热量迅速传导至外壳散发。

      4. 宽范围、高环境温度:必须能在-40°C至+45°C,甚至更高的工作环境温度下长期稳定运行。

      5. 极高的可靠性要求:这意味着电源从设计、物料到生产,都必须追求“零缺陷”。

 

三、 破解核心难题:幸康电源的技术突围

面对RRU部署的极致要求,幸康电子从以下几个关键维度实现了技术突围:

1. 极致效率,从源头降低热耗。内部空间密闭,散热是首要难题。电源的任何效率损失都会直接转化为热量,威胁系统稳定。

      幸康解决方案:采用先进的LLC谐振拓扑,并引入MOSFET 以及SiC(碳化硅)等新一代半导体功率元器件,实现效率超过94.5%。这意味着更少的能量被浪费为热量,从根源上降低了系统的散热压力。

2. 高超的热管理艺术:实现“无风扇”稳定运行,设备无法依赖风扇散热,幸康的底板散热-“无风扇设计”是行业标配。

幸康解决方案:

      ‧ 通过精密的热仿真优化内部布局,将主要热源(如功率MOSFET、磁性元件)与精心设计的铝合金散热外壳紧密结合。

      ‧ 内部采用高导热绝缘材料,构建高效的热传导路径,确保热量能快速、均匀地散发到环境中。

      ‧ 选择符合宽温且高效可靠的元件,完整产品规划,提供轻薄型与高环温高可靠性的产品。

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图二:常见的Open Frame散热示意图

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图三:幸康 Baseplate-cooled散热示意图

四、此开放式框架开放式(Open Frame) 与加底板散热(Baseplate-cooled)系列

提供130W、150W、 200W、 260W、 300W、 400W、 500W、 600W共计8大系列,皆具有提供高工作温度、有限的空间、无风扇、寿命长的高效电源。展示其中的300W、400W、500W、 600W

      ‧ 过温保护  (Over Temperature Protection)

      ‧ 电源开/关远程控制  (PS On/Off Remote Control)

      ‧ 电源正常及电源故障信号  (Power Good & Power Fail Signal)

      ‧ +5V 待机电源,12V风扇输出 (+5V Stand-by, 12V Fan Output)

      ‧ 低涌入电流(Low Inrush Current),其中CFM500S是低至8.5A

      ‧ 另外CFM500S还提供并联(主动均流)及PMBus 选项

系列 功率
(W)
输入电压 输出电压
(Vdc)
效率 输入/输出隔离耐压
(Vac)
尺寸 (英寸)
CFM300S 300 90-264 Vac
120-370 Vdc
12、24、36、48 94% 3000 3”x 5” Compact
Size
CFM400S 400 80-264 Vac 12、18、24、
36、48、54
94% 4000 3”x 5” Compact
Size
CFM500S 500 80-264 Vac 12、18、24、 28、
30、36、48
94.5% 4000 3”x 5” Compact
Size
CFM600S 600 80-264 Vac 12、15、18、24、 28、
30、36、48
94.5% 4000 3”x 5” Compact
Size

五、在不断发展的电力供应行业中,幸康不断突破创新的边界

我们推出LFM系列,专为严苛工作环境设计,具备超薄尺寸与卓越的高温性能新一代 - LFM系列 (Low Profile 高度1吋),树立了效率和可靠性的新标杆。

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系列 功率
(W)
输入电压 输出电压 (Vdc) 效率 输入/输出隔离耐压
(Vac)
尺寸 (英寸)
LFM200S 200 85-264 Vac
115-370 Vdc
12、15、24、28、
30、36、48、54、
94% 4250 2.28”x 3.09”x 1”
LFM300S 300 85-264 Vac 12、15、24、
28、30、48、54、
94% 4250 2.28”x 4.09”x1”
LFM420S 420 85-264 Vac
120-370 Vdc
12、15、24、28、
30、36、48、54、
94.5% 4250 3.29”x 5.09”x 1”
LFM550S 550 85-264 Vac
115-370 Vdc
12、15、24、28、
30、36、48、54、
94% 4250 3.29” x 5.09”x 1”

      备注:更多参数规格请参考官网的数据手册

 

六、在5G网络深化部署的进程中,小基站迎来了广阔的应用前景

在5G时代,由于5G频段进一步上移,频率变高、波长变短,因此在遇到有障碍物的地方,辐射衰减变大,从而宏基站信号覆盖范围变小;而热点区域对容量需求成千倍提升,对网络体验也提出更高要求,这将导致容量不够、覆盖不足等问题在5G建设初期就已显现。小基站具备精准补充覆盖的优势,同时也是最有效的频率重用扩容方式,所以5G以致未来6G对小基站的需求迫切,需要通过大规模部署小基站,采取“宏小结合”的方式解决5G网络覆盖和容量扩展需求等一系列的问题。

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图五:小基站的主要特点

 

同时也对配套电源提出了更严苛的要求——如何在有限空间内实现高效、稳定、无风扇的散热与供电,成为行业关键挑战。幸康电子深耕无风散热技术,专注于开发适用于严苛环境的高可靠性AC/DC与DC/DC电源解决方案。凭借经市场验证的产品性能与系统适配能力,我们已构建覆盖基站电源全场景需求的产品线,为基站设备建设提供坚实支撑。

应用 类型 幸康可参考型号
5G Small Cell station AC-DC Fanless Power CFM500S480 &LFM550S480&PDF700S480
5G POE AC-DC Adapter TRH220A480
DC-DC Quarter Brick Converter CQB75W8-36S12
5G Router Power DC-DC Converter EC7BW18-72S12 ,ECB40W18-72S12
5G External Power Source DC-DC Converter (turn-key
solution with Din-Rail plug)
EC7BW18-72S12-EDRT ,ECB40W18-72S05-ECRT
5G Repeater Power DC-DC Quarter Brick Converter CQB150W-48S28
5G Base Station AC-DC Fanless Power LFM300S480C ,CBM300S480
DC-DC Half Brick Converter CQB150W8-36S05 ,CQB150W8-36S12
5G Network Densification DC-DC Full Brick Converter CFB600-48S48
5G Telecom Rectifier DC-DC Half Brick Converter CHB300-300S12

面向未来:基站电源已不再是简单的能量转换单元,它是保障整个移动网络可用性与可靠性的关键基础设施。幸康电子将继续深耕电源领域,通过持续的技术创新,为客户提供更高效、更紧凑、更智能的电源解决方案,助力全球运营商构建更绿色、更可靠的5G乃至未来6G网络。

选择幸康,就是选择一份在塔顶之巅的可靠承诺。

 

如果您需要针对特定产品系列进行更深入的细节补充,请联系我们: sales@cincon.com

 

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