5G 電源防護器件

第五代移動通信技術(shù)（5th Generation Mobile Communication Technology，簡稱 5G）是具有高速率、低時延和大連接特點的新一代寬帶移動通信技術(shù)，是實現(xiàn)人機物互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。

1. 5G 的特點

相比于現(xiàn)有的 3G、4G 通信，5G 通信具有超高速率、極低延時等特點。這些特點產(chǎn)生的原因是 5G 通信采用了更高頻段的頻譜，以中國為例：4G LTE 的頻段為 1.8GHz-2.65GHz，而 5G 目前公布的頻段為 3.3GHz-5GHz。而未來還會建設(shè)高于 6GHz 的毫米波(mmW)5G 通信。頻率ν越高，意味著波長λ越小，對于無線通信，這意味著通信信號的覆蓋面積越小。這一方面需要 5G 通信基站的密度更高，另一方面需要單一通信基站解決信號覆蓋面積小等問題。

2. 對 5G 電源的要求：

作為通信系統(tǒng)的心臟，通信電源的可靠性決定了整個系統(tǒng)的可靠性。

5G 通信將出現(xiàn)海量的微（?。┗?，若出現(xiàn)批量失效，其維修成本將高的驚人。為了降低維護成本，提高電源的可靠性是對 5G 通信電源的主要要求。而對于戶外用電源，由于可能會遭受雷擊，那么雷擊，浪涌測試就非常關(guān)鍵。

3. -48V 常用的防護方案

方案 1:

此方案的特點

① 器件使用，壓敏電阻使用 14D820KH 氣放管使用 2R090S-6*4.2,TVS 使用 SMCJ58CA，滿足 1.2/50-8/20us綜合波 CM/DM 6KV-3KA

② 方案的優(yōu)點：防護等級比較高，可靈活更換器件達到不同的防護等級。

③ 方案的缺點：使用的器件比較大，比較占空間，不利于小型化設(shè)計。

方案 2

此方案特點

① 器件選型：防護等級不高，則選擇 SMDJ58CA 或者 5.0SMDJ58CA，如果防護等級比較高，市面上使用比較多的是力特的 AK10 系列，插件產(chǎn)品，而我司新進研發(fā)的 LSPD6 系列和 LSPD10 系列完美替代 AK10 系列，且為貼片封裝，十分有利于自動化生產(chǎn)，其參數(shù)如下所示：

② 方案優(yōu)點：使用器件少， 占用空間小，不用使用退耦電感

③ 方案缺點：成本稍高 主要應(yīng)用于 BBU 電源部分。

附錄

1. 5G 電源的特點

由于 5G 通信需要采用Massive MIMO 等技術(shù)，5G 基站的 AAU 單扇區(qū)輸出功率由 4G 的 40W~80W 上升到 200W 甚至更高，同時由于處理的數(shù)據(jù)量大幅度增加，BBU（基帶處理單元）（或者在 5G 某些組網(wǎng)模式下被拆分為 CU和 DU）的功率也大幅增加，其功率已經(jīng)超過 1000W。對于目前較流行的 5G 基站組網(wǎng)方式：3 扇區(qū) AAU+1 個BBU，假設(shè) AAU 效率為 20%，那么單單為 5G 基站供電的通信電源的輸出功率大約為：

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

而原有 4G 通信基站供電的通信電源輸出功率為 2000W~3000W。輸出功率大幅提升。

根據(jù)華為技術(shù)有限公司提供的數(shù)據(jù)，增加 5G 通信后基站電源的功率上升68%。

2. 5G 基站電源，市場空間多大？

目前，5G 單站供電功率預(yù)計將達到約 4000 瓦甚至更高，因而基站電源存在極大的擴容需求。換言之，90%的 4G 存量電源均需擴容和改造，以滿足 5G 使用需求。

安信證券對 5G 電源市場空間的測算可見一斑：

（1）若在現(xiàn)有的-48V 開關(guān)電源方案基礎(chǔ)上擴容，按照 5G 基站近4000 瓦的輸入功率需求測算，至少需要增加 2 個-48V/50A 的整流模塊，假設(shè)以 2000 元/個的模塊單價，則單站的擴容成本為4000 元。

（2）若采用 HVDC 直流遠供或者 DPS 分布式供電，單站價值約在 7000-1 萬元左右。進一步假設(shè) 3 種供電方案的建設(shè)比例為 1：1：1，那么按照國內(nèi) 450 萬站的建設(shè)規(guī)模測算，預(yù)計 5G 基站電源市場空間有望達到 315 億元。

3. 5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和電源保障：

①核心側(cè)

5G 建設(shè)中， DC 機房數(shù)據(jù)增加明顯，DC 機房需要更可靠、更高效的電源，所以優(yōu)先采用直流供電方式，建設(shè)前期采用-48V 供電，如圖2，確保可靠性同時充分利用現(xiàn)有資源。

采用 48V 供電可靠性高，但缺點也非常明顯，供電電壓低，輸送的電流大，線路損耗大，整體效率較低

5G 建設(shè)規(guī)?；?，中后期可以采用高壓直流，提升供電電壓，降低線路損耗和轉(zhuǎn)換損耗，從而提升整體系統(tǒng)效率，降低能耗

為了減少電源投資和進一步提升供電效率，市電直供也是一個發(fā)展方向，混合電源方案會規(guī)?；瘧?yīng)用。

② 無線側(cè)

5G 基站功耗和數(shù)量急劇增加，電源的供應(yīng)問題是最大難題。宏站考慮不間斷供電，可以采用-48V 或者高壓直流方案，前期用-48V，規(guī)模建設(shè)采用高壓直流方案；微站可以考慮拉遠方案或者市電直供。

3. 市場收益方

① 5G 基站電源提供商主要包括維諦（Vertiv）、中達電通、中恒電氣、中興、華為、動力源、雅達、威邁斯、麥格米特、金威源、三星等數(shù)十家。產(chǎn)品代工主要以愛默生為主。

這些電源廠商的下游直接客戶為電信運營商和鐵塔公司，不過，從競爭格局來看，2010 年以來，通信電源行業(yè)從分散走向集中。根據(jù) 2018 年三大運營商集采數(shù)據(jù)，華為、中興、中恒電氣、動力源、中達電通、核達中遠通和維諦（前艾默生網(wǎng)絡(luò)能源）已占運營商集采 90%以上的份額，其他份額被易達、亞澳博信、華脈科技和東莞銘普等企業(yè)占據(jù)。

②除了 5G 基站電源廠商直接受益，鋰電池、機房溫控設(shè)備廠商也將分得杯羹。安信證券投資公司認(rèn)為，大規(guī)模 5G 基站建設(shè)，帶來通信電源廣闊的市場空間。數(shù)據(jù)中心高壓直流 HVDC 龍頭企業(yè)中恒電氣、通信基站電源供應(yīng)商動力源、UPS 電源供應(yīng)商科華恒盛、后備通信蓄電池公司南都電源、機房溫控設(shè)備供應(yīng)商英維克以及防雷領(lǐng)域的中光防雷等企業(yè)將大大受益。

④ 鋰電池受益

電池是 5G 基站電源中重要的組成部分，目前鉛酸電池、鋰電池、智能鋰電池、磷酸鐵鋰電池都是 5G 基站 的選擇對象。但在政策推動和鋰電池優(yōu)勢顯著提升下，鉛酸電池逐漸走向淘汰，基站用的電池逐漸向梯次鋰電轉(zhuǎn)換。

“梯次 ”鋰電池可以簡單理解為“二手 ”電池，比如從新能源汽車替換下來的二手電池，依然具備 60-80%的剩余容量，且具有一定的使用壽命，經(jīng)過重新檢測后，完全可以回收再利用。通過對動力鋰電的二次利用，可以緩解鋰電回收壓力，減少資源消耗。

目前，政策指定中國鐵塔公司參與梯次鋰電池的循環(huán)使用。2018 年鐵塔公司已經(jīng)替代鉛蓄電池4.5 萬噸，與一汽、上汽等大型企業(yè)展開回收合作。據(jù)鐵塔公司規(guī)劃，2019 年其將繼續(xù)擴大梯次鋰電使用規(guī)模，預(yù)計將替換鉛蓄電池 15 萬噸，將消化退役動力蓄電池超過 5 萬噸。

⑤ 元器件供應(yīng)商受益

電源按照產(chǎn)品類型可分為分布式電源、多功能高密電源和智能電源。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)劃分，5G 基站電源主要由基礎(chǔ)元器件、電池等部件構(gòu)成。

元器件部分主要包括電源管理 IC、COOL MOS、快恢復(fù)二極管、肖特基二極管、驅(qū)動 IC、控制 IC、運放類部件，部分電源還采用快恢復(fù)二極管的 MOS，或者碳化硅 MOS、二極管等，其他被動器件如壓敏/熱敏電阻、X/Y電容，鋁電解電容、繼電器、貼片電容電阻等，這些都被廣泛用于基站電源。

據(jù)粗略統(tǒng)計，電源管理 IC 主要受益者有 TI、ON、NXP、英飛凌、ADI、Intersil、羅姆等國際大廠。模擬 IC設(shè)計公司 3PEAK、矽力杰、SGMC（圣邦微電子）等廠商也將受益。電源連接器主要供應(yīng)商有 TE、Molex、永貴電器等， 目前永貴電器實現(xiàn) 5G 基站電源類連接器以及機柜內(nèi)精密連接器產(chǎn)品供貨。麥捷科技子公司金之川向華為、中興供應(yīng)基站電源類功率電感和平板變壓器等元器件產(chǎn)品；在電池的部分，上面已提到的梯次鋰電池將迎來新的生機。

不過，挑戰(zhàn)往往與機遇并存。盡管 5G 通信基站電源前景十分可觀，但目前 5G 基站耗電也成為阻礙其發(fā)展的“攔路虎 ”，電源廠商在迎接機遇的同時，更要跨越功耗大關(guān)。

審核編輯 黃宇