5G 電源防護器件

第五代移動通信技術（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，是實現人機物互聯的網絡基礎設施。

1. 5G 的特點

相比于現有的 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：

作為通信系統的心臟，通信電源的可靠性決定了整個系統的可靠性。

5G 通信將出現海量的微（小）基站，若出現批量失效，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，插件產品，而我司新進研發的 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，其參數如下所示：

② 方案優點：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，5G 基站的 AAU 單扇區輸出功率由 4G 的 40W~80W 上升到 200W 甚至更高，同時由于處理的數據量大幅度增加，BBU（基帶處理單元）（或者在 5G 某些組網模式下被拆分為 CU和 DU）的功率也大幅增加，其功率已經超過 1000W。對于目前較流行的 5G 基站組網方式：3 扇區 AAU+1 個BBU，假設 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。

根據華為技術有限公司提供的數據，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）若在現有的-48V 開關電源方案基礎上擴容，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 3 種供電方案的建設比例為 1：1：1，那么按照國內 450 萬站的建設規模測算，預計 5G 基站電源市場空間有望達到 315 億元。

3. 5G 網絡架構和電源保障：

①核心側

5G 建設中， DC 機房數據增加明顯，DC 機房需要更可靠、更高效的電源，所以優先采用直流供電方式，建設前期采用-48V 供電，如圖2，確保可靠性同時充分利用現有資源。

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 建設規模化，中后期可以采用高壓直流，提升供電電壓，降低線路損耗和轉換損耗，從而提升整體系統效率，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展方向，混合電源方案會規模化應用。

② 無線側

5G 基站功耗和數量急劇增加，電源的供應問題是最大難題。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，規模建設采用高壓直流方案；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、三星等數十家。產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，通信電源行業從分散走向集中。根據 2018 年三大運營商集采數據，華為、中興、中恒電氣、動力源、中達電通、核達中遠通和維諦（前艾默生網絡能源）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占據。

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

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使用。2018 年鐵塔公司已經替代鉛蓄電池4.5 萬噸，與一汽、上汽等大型企業展開回收合作。據鐵塔公司規劃，2019 年其將繼續擴大梯次鋰電使用規模，預計將替換鉛蓄電池 15 萬噸，將消化退役動力蓄電池超過 5 萬噸。

⑤ 元器件供應商受益

電源按照產品類型可分為分布式電源、多功能高密電源和智能電源。從內部結構劃分，5G 基站電源主要由基礎元器件、電池等部件構成。

元器件部分主要包括電源管理 IC、COOL MOS、快恢復二極管、肖特基二極管、驅動 IC、控制 IC、運放類部件，部分電源還采用快恢復二極管的 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。

據粗略統計，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商有 TE、Molex、永貴電器等， 目前永貴電器實現 5G 基站電源類連接器以及機柜內精密連接器產品供貨。麥捷科技子公司金之川向華為、中興供應基站電源類功率電感和平板變壓器等元器件產品；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。

審核編輯 黃宇