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        技術文章

        通信直流電源產品發展趨勢簡析

        點擊次數:88   發布時間:2021/11/22 14:21:23

            產品的發展趨勢往往決定于兩個因素:一是產品的使用者(用戶)的需要的不斷發展; 二是技術的發展。者是外因,后者是內因。通信直流電源產品也基本遵從這樣的規律,市場需求和產品技術不斷推動和促進產品的發展,也決定了通信直流電源產品的發展速度和方向。本文將試圖從以上兩個因素來分析通信直流電源產品的發展。這里所述的通信直流電源是指將電網的交流電變換為直流48V(或其他電壓,如24V等)的通信用基礎電源系統。

        一、通信直流電源產品的市場需求發展
            通信電源作為通信網絡中一種重要的基礎設備,其隨著通信網絡的飛速發展,也在不斷地發展與演變。隨著通信業的更新換代,第三代移動通信時代的來臨,通信直流電源市場需求呈現以下一些特征:

        (1)市場需求數量穩步增長
            隨著通信網絡的發展,現在用通信直流電源供電的通信設備種類越來越多,從傳統的程控交換機到第三代移動通信的各種移動通信設備等,大都采用通信直流電源作為基礎電源。雖然有很多數據通信設備采用UPS作為基礎電源,但UPS供電系統從原理上而言其供電安全性要低于直流電源,因此,采用直流供電的通信設備種類仍然保持不斷增多的趨勢。另外,各國在通信網絡設備的投資規模不斷擴大,相應帶動了通信直流電源的數量增長。

        (2)市場價格不斷下滑
            雖然人力成本、原材料價格,特別是金屬原材料的價格不斷上漲,一定程度上使通信電源產品的材料成本上升,但隨著市場競爭的日趨激烈,通信直流電源設備的市場價格卻不斷在下降。市場價格的下滑一定程度上抵消了數量增長帶來的規模增長,但從銷售金額規模來看,全球通信直流電源的市場仍然是穩步小幅增長,并預計在未來幾年內仍然保持這種增長。

        (3)能源使用效率要求越來越高
            隨著能源價格的不斷上漲,人們對通信設備的節能越來越重視。相應地,需要通信直流電源設備能夠盡量降低能源損耗,提高對能源的利用效率,降低能源消耗。

        (4)性能要求越來越高
            隨著通信由語音為主的時代轉為數據通信為主的時代,人們對通信系統的穩定性提出了越來越高的要求。相應地,對通信直流電源設備而言,其各方面的性能要求也越來越高,否則無法滿足通信網絡的高性能要求。同時,隨著人們環境保護意識的增強,對通信直流電源產品在環境保護方面提出了更高的要求。

        (5)使用環境日趨復雜
            早期的通信設備局站,都是室內型設備,在通信機房中使用。但移動通信的發展使得通信覆蓋范圍的要求大大擴展,只要有人活動的地方,就需要通信服務。出于建設成本考慮,用戶要求通信電源能滿足各種應用環境和條件,如要求通信直流電源系統能夠室外使用、壁掛安裝、嵌入到通信主設備機柜中、與電池共用機柜、靠墻安裝等。

        (6)更低的運維成本
            通信直流電源產品用戶在設備建設初期需要支付采購費用(CAPEX),在運行期間需要支付機房使用費用、電力費用、維護人員費用、維護材料費用等(OPEX)。通信直流電源產品的用戶現在越來越關心產品整個生命周期成本和費用(TCO),希望產品的運維成本更低。

        二、通信直流電源產品的技術發展
            通信直流電源產品技術是一項應用性的技術,涉及到多個學科和域的基礎技術,例如電子器件技術、電力電子變換技術、計算機技術、工藝制造技術等。這些域的技術發展推動了電源應用技術的發展。通信直流電源技術發展近階段體現如下特征:

        (1) 通信直流電源產品內部各部分技術的發展存在不均衡性
            通信直流電源產品一般由交、直流配電單元、整流器單元、監控單元、蓄電池系統等幾部分構成,但這幾部分的技術發展是不均衡的。其中發展快的是整流器技術和監控技術,而配電技術則相對發展緩慢。這導致了整個通信直流電源系統內部各部分的不均衡發展。

        (2)新型器件和材料得到不斷應用
            新型器件和材料不斷涌現,并被應用到通信直流電源產品中。例如CoolMOS、碳化硅(SiC)器件和新型磁性材料(如非晶材料)逐步開始應用到通信用整流器中,DSP芯片也在整流器中得到規模應用。更高性能的單片機系統在監控單元中不斷得到應用,膠體電池得到大量應用,燃料電池應用進入試用階段,鋰電池也在小功率場合開始應用等。

        (3)功率變換技術不斷發展
            作為通信直流電源的核心部件——整流器在技術上發展為迅速,各種新型線路技術、開關變換器技術、諧振開關技術、新型軟開關技術、功率因數校正技術、環路控制技術、同步整流技術、軟件均流技術都在不斷迅速發展并在產品中得到商用。

        (4)新的監控技術不斷獲得應用
            伴隨著計算機技術的發展,一些新型技術也不斷在通信直流電源產品中得到應用,如CAN總線技術、IP通信技術、USB技術、基于因特網的組網技術等。這些技術的應用推動了通信直流電源的智能化發展。

        三、通信直流電源產品的發展趨勢
            在需求與技術的共同推動下,通信直流電源體現了如下的發展態勢:

        (1)體系架構相當長的一段時間內維持穩定
            通信直流電源在相當長的時間內還是維持現有的交流配電、整流器模塊(并聯)、直流配電、監控單元、蓄電池等為主要組成部分的架構,功率變換模式也將維持現有的高頻開關模式,暫時不會出現類似從線性電源到開關電源的階躍性的變化。以48V、24V為基礎電源的供電標準也會維持不變。

        (2)能源使用效率不斷提高
            通信直流電源的轉換效率不斷提高,不僅僅是滿載情況,全負載范圍內的效率都在不斷提高。另外,通過監控技術使得系統的節能性能不斷提高。

        (3)功率密度不斷提高
            通信直流電源的核心部件整流器的功率密度不斷提高,推動了通信直流電源整機的功率密度不斷提高,但配電器件、蓄電池等密度基本維持穩定,一定程度制約了整機系統的功率密度的提高比率。功率密度的不斷提高,也能減小占地面積和體積,降低機房使用費用。

        (4)更高可信度
            通信電源的基本要求。隨著器件技術、通信電源技術的成熟,以及各通信直流電源設備廠商在性研究上大力投入,通信直流電源產品呈不斷提高的趨勢。

        (5) 更低的成本,更好的維護性
            市場價格的不斷下滑推動生產廠商不斷降低產品的成本。 但過低的成本也會帶來一定的負面影響,一定程度上制約了性能的提高。

            同時,通信電源系統的維護性越來越好,熱插拔、模塊化成為主流,有效降低維護工作量和成本。

        (6)更高的性能
            通信直流電源產品更高的性能體現在滿足更多的新標準,具備完善的遠程監控功能,以及更高的穩定性滿足數據通信的要求。

        (7) 應用方式更為靈活多樣
            傳統的獨立標準機架式和嵌入式得以保持并不斷發展的同時,將支持更多的不同應用方式,如室外應用、室內壁掛應用等。

        (8) 智能化的網絡管理
            多層次的遠程監控系統將得到大力發展,設備的網絡化管理成為主要的管理手段。有效降低維護人員成本,提高整個網絡的可用性。

        四、 通信直流電源未來展望
            按照TRIZ理論(“創造性解決問題的理論”的俄語縮略語)描述的技術系統發展進化規律,一般而言,技術的生命周期包含四個階段:嬰兒期、成熟期和衰退期,種種跡象表明,通信直流電源的核心技術——開關電源技術基本上開始步入成熟期:效率的提升變得緩慢和困難,而電源損耗不能大幅度降低限制了功率密度的進一步提高。未來幾年甚至幾十年內,通信直流電源產品將進入一個緩慢發展的階段,直至有一天,一種新的電源變換技術出現,通信直流電源產品就會再出現一個階躍性的發展,就像開關穩壓技術替代線性穩壓技術,給電源帶來了革命性的變化。

        原創作者:北京偉祥科技有限公司

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