隨著通信產業的飛速發展，通信產業能源消耗與日俱增，通信業已站在了節能減排的風口浪尖，新建基站如果采用高效率電源系統取代目前效率僅為90%的電源系統，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能效果進行探討。
根據國家"十一五"規劃《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%才能達到規劃要求，落實節約資源和保護環境基本國策，建設低投入、高產出，低消耗、少排放，能循環、可持續的國民經濟體系和資源節約型、環境友好型社會。隨著信息化的日益推廣普及，促使通信產業飛速發展，通信網絡的規模不斷擴大，信息通信產業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，隨著通信業的不斷發展，通信網絡設備數量不斷增長，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，則直流供電系統的供電量也隨之降低，空調的用電量隨著機房整體發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能效果進行探討。
一、高效率電源系統介紹
1.高效率電源的特點：
臺達電子秉持"節能、環保、愛地球"之經營理念，憑籍強大的研發實力，集多年設計、制造的經驗，不斷地提供高能源效率的創新產品，現全新推出新一代通信用高效整流模塊，具有高效率、高可靠性及綠色節能等顯著特性，新一代通信用高效電源系統具有以下特點：
A.全數字化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.采用智能數字化電路控制的PFC技術，功率因數大于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：
隨著新型器件和新材料不斷地涌現并被應用到通信電源系統中，先進的拓樸電路運用到通信電源整流模塊系統中。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，現在可以把這一技術應用到-48V通信用電源系統中，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、通信電源節能減排探討
1.當前通信基站電源系統采用的效能管理措施：
為保障通信設備的不間斷運轉，通信電源系統中配置有蓄電池，通信設備中通信電源系統的整流模塊配置需考慮系統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，通信電源系統采用效能管理功能，可以有效地提高通信電源系統的整體工作效率。
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，通信電源系統可以通過監控模塊關閉部分整流模塊，使這些模塊處于待機休眠狀態，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(DC/DC電路和PFC電路)，整流模塊的待機功耗很小，系統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，使電源系統的效率最大化。當然，采用效能管理功能時需考慮到系統的安全可靠性，要避免因通信電源系統采用效能管理后導致系統的可靠性降低，系統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(4臺48V/50A整流模塊組成)，通過對通信電源系統采用效能管理功能，在不同的輸出負載時的節能曲線如圖5所示(橫坐標為輸出功率，縱坐標為節能數，單位為W)：
在輸出負載為1000W時，采用效能管理節能最多，可節能136W?；倦娫聪到y的負載通常在2500W左右，采用效能管理后系統的工作效率可達到90%，比采用效能管理前可節能約65W，則一年總的節電量為：65W*24小時*365/1000=569千瓦時(度)，即一年可節能接近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，其節能減排效果是非?？捎^。
2.采用高效率電源系統：
與上面舉例的48V/200A基站通信電源系統(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后其電源系統的工作效率將超過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，采用效能管理后現有的電源系統的工作效率為90%，其輸入功率為：2500/0.9 = 2778 (W)，若采用高效率電源系統可節電：2778-2632=146(W)，則一年的節電量為：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，系統的工作效率以85%計算，其輸入功率為：2500/0.85=2941(W)， 若采用高效率電源系統則可節電：2941-2632=309(W)，則一年的節電量為：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的節能減排貢獻，如果乘以幾十萬個通信基站的數量，則一年可節省用電量約5億度，減少二氧化碳排放量約為40萬噸，節能減排的貢獻相當可觀。另外，由于通信電源系統工作效率提高，電源系統自身的發熱量降低，整流模塊產生的發熱量減少了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現況
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。因此現網上運行的通信電源系統有一部分使用時間比較早，目前現網基站通信電源系統大致可分早期的電源系統和近期的電源系統二大類。
對于早期的電源系統，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，系統實際的工作效率通常在85%以下。這些系統通過改造成具有效能管理功能以達到節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，前面已有比較詳細的分析，在用的大部分電源系統通過效能管理后工作效率可達到90%。
四、高效率電源系統帶來的效益
對于早期的電源系統，由于電源的工作效率相對較低，可以采用高效率電源系統進行改造，以提高電源系統的工作效率。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直接更換之前早期的電源系統。
方案二： 是保留原電源系統的機架和配電單元，只對電源系統內的整流模塊、監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更換早期的電源系統后，通過每年的節電所節省的電費，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取代目前效率為90%的電源系統，通過高效率電源系統每年節電所節省的費用，約2年時間可收回高效率電源系統所增加的投資成本，同時也大大地降低了電信運營商的運營成本。
：鞏經理
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