Hoe kiest u energie-efficiënte stroommodules voor BTS?

Begrijp de vereisten voor stroommodules in BTS binnen 5G-netwerken

Waarom vereisen basiszender-ontvangerbelastingen dynamische stroomefficiëntie

De werkbelasting op 5G-basisstations varieert behoorlijk: van ongeveer 300 watt wanneer ze gewoon ‘staan’ en niets doen, tot soms meer dan 1500 watt tijdens drukte. Dit heeft een direct effect op de kosten van het exploiteren van deze stations en op de milieubelasting die ze veroorzaken. Oudere netwerkconfiguraties verdelen hun stroombehoefte anders dan 5G-technologie, die sterk afhankelijk is van millimetergolfsignalen en grote antennearrays, bekend als Massive MIMO. Deze nieuwere technologieën concentreren het grootste deel van het stroomverbruik in specifieke onderdelen, bekend als radiofrequentie-eenheden (RF-eenheden) of kortweg AAU’s (Active Antenna Units). Deze componenten verbruiken ruim de helft van de elektriciteit die op elke locatie wordt gebruikt. Wanneer deze voedingen niet op volledige capaciteit werken, verspillen ze ook veel energie: bij suboptimale werking kan wel 40% van de energie verloren gaan. Daarom moeten de stroommodules van vandaag hun efficiëntieniveau kunnen aanpassen op basis van de actuele omstandigheden, via een soort real-time bewakingssysteem. Ze moeten het energieverbruik verminderen tijdens rustige perioden, maar tegelijkertijd klaarstaan om onmiddellijk op te schakelen naar vol vermogen zodra er onverwacht een piek in de vraag naar netwerkcapaciteit optreedt.

Thermische beperkingen en betrouwbaarheid: Hoe de aansluittemperatuur de levensduur van de vermogensmodule beïnvloedt

De aansluittemperatuur speelt een belangrijke rol bij het bepalen van de levensduur van vermogensmodules. Voor halfgeleiders wordt de levensverwachting bij elke temperatuurstijging van 10 graden Celsius boven de 100 graden gehalveerd. Compacte 5G-basisstations vormen bijzondere uitdagingen voor GaN- en SiC-componenten, omdat zij aanzienlijke thermische belasting veroorzaken. Hoogfrequente signaalverwerking in combinatie met inefficiënte spanningsomzetting geeft problemen, vooral wanneer passieve koelmethode hun grenzen bereiken. Deze situatie versnelt elektromigratieproblemen en zorgt ervoor dat materialen sneller slijten. Volgens veldgegevens vertonen vermogensmodules die warmer dan 125 graden Celsius draaien ongeveer 35 procent meer storingen per jaar dan modules die binnen veilige temperatuurbereiken worden gehouden. Wanneer bedrijven slimme thermische beheersstrategieën toepassen, zoals verbeterde koellichaamontwerpen en geforceerde luchtcoolsystemen, verlagen zij de temperatuur op warmtepiekgebieden gemiddeld met ongeveer 22 graden. Deze verbeteringen beschermen componenten niet alleen, maar verminderen ook de energiebehoeften voor koeling met ongeveer 18% per jaar. Het vinden van de juiste balans tussen prestaties en temperatuurregeling blijft cruciaal als wij willen dat deze systemen betrouwbaar blijven functioneren gedurende langere perioden zonder buitensporige onderhoudskosten.

Beoordeel de efficiëntie van de stroommodule in verschillende realistische BTS-bedrijfstoestanden

Meten van dynamische stroomprofielen: stand-by, gedeeltelijke belasting en piekbelasting met behulp van 3GPP TR 36.814-benchmarks

Om echt te weten of een stroommodule goed werkt, moeten we deze testen onder drie belangrijke BTS-werktoestanden die door de industrie worden erkend: wanneer de module gewoon stil staat en niets doet (stand-by), wanneer deze op gemiddeld niveau draait tussen 40 en 70% capaciteit (gedeeltelijke belasting) en wanneer deze volledig belast is met 100% gebruikerscapaciteit (piekbelasting). Er bestaat een norm genaamd 3GPP TR 36.814 die ons goede referentiewaarden biedt voor het opstellen van realistische 5G-verkeersscenario’s. En raad eens? Het verschil in energieverbruik tussen deze modi kan meer dan 60% bedragen — wat vrij aanzienlijk is. Wanneer het systeem in stand-by staat, zorgen efficiënte modules ervoor dat de essentiële besturingsfuncties blijven draaien, maar trekken niet te veel stroom, waardoor energieverlies tijdens rust wordt beperkt. Testen onder gedeeltelijke belasting toont aan hoe goed de spanningsregeling omgaat met kleine pieken in het vermogen, zonder al te veel schakelverliezen te veroorzaken. Bij piekbelasting kijken we naar problemen zoals thermische vertraging (thermal throttling) en conversieproblemen, omdat slecht ontworpen modules per uur meer dan 300 watt kunnen verspillen, zelfs terwijl ze ‘gewoon staan’. Speciale Hardware-in-the-Loop-simulaties helpen de stabiliteit te controleren bij plotselinge wijzigingen, en voorkomen spanningsoverschrijdingen (voltage overshoots) die de radio-prestaties verstoren. Door al deze verschillende toestanden te doorlopen, wordt gewaarborgd dat de modules efficiënt functioneren in echte netwerkomgevingen — iets dat direct van invloed is op de exploitatiekosten en voorkomt dat apparatuur oververhit.

Beoordelen van hardwareniveau stuurfuncties voor energiebeheer in BTS-voedingsmodules

Moderne voedingsmodules voor basiszenders ontvangstations integreren speciaal ontworpen hardwarefuncties om te voldoen aan de dynamische stroombehoeften van 5G—met inachtneming van responsiviteit, efficiëntie en thermische weerstand.

Prestatie van slaapmodus: latentie versus energiebesparingen in op GaN gebaseerde voedingsmodules

De galliumnitride-technologie maakt snelle schakeling tussen actieve en lage-vermogensslaapstanden mogelijk, wat helpt om verspilde energie te verminderen wanneer basiszenders geen signalen actief verzenden. Er is echter een nadeel: wanneer systemen overgaan naar diepe slaapmodus, kunnen ze ongeveer 70% energie besparen, maar dan duurt het ongeveer 5 tot 8 milliseconden voordat ze weer volledig actief zijn. Aan de andere kant zorgt lichte slaap voor bijna directe reactietijden van minder dan één milliseconde, maar levert minder energiebesparing op. Al deze constante schakelingen tussen standen verhogen daadwerkelijk de temperatuur van componenten door de vele verwarmings- en koelcycli, wat ook niet gunstig is voor de langetermijnbetrouwbaarheid. Netwerkexploitanten moeten beslissen hoe ze deze slaapparameters instellen op basis van wat het belangrijkst is in hun specifieke situatie. Sommigen geven de voorkeur aan uiterst snelle reacties voor missiekritische, uiterst betrouwbare communicatiediensten met lage latentie, terwijl anderen die grote-dekkingsgebied-torens exploiteren waarschijnlijk meer waarde hechten aan maximale energiebesparing, zelfs als dat betekent dat de opstarttijd iets langzamer is.

Adaptieve spanningsschaal- en stroomverminderingstechnieken voor een piekvermindering tot 22%

Dynamische spanning-frequentie-schakeling, of DVFS voor kort, werkt door voortdurend de hoeveelheid stroom die naar processoren wordt gestuurd aan te passen op basis van wat deze op elk moment daadwerkelijk doen. Dit systeem kijkt ook vooruit naar de werkbelasting, zodat het weet wanneer er rustige perioden in het dataverkeer zullen zijn en dan veilig de spanningsniveaus kan verlagen, wat in totaal ongeveer 12 tot 18 procent energie bespaart. Deze methode combineren met zogenaamde stroomkorting maakt de efficiëntie nog beter. Stroomkorting bestaat uit zeer kleine, slechts enkele microseconden durende spanningsverlagingen tijdens die korte momenten waarop de processor niet actief is. Deze combinatie verlaagt het piekstroomverbruik in sommige gevallen zelfs met wel 22 procent. Voor steden die vol staan met servers en apparatuur zijn dit soort ingebouwde efficiëntiemaatregelen van groot belang. Traditionele kooplossingen volstaan in veel situaties niet langer, omdat ze ofwel te veel ruimte innemen of simpelweg te duur zijn om adequaat te installeren.

Vergelijk energiebesparende strategieën op module-niveau voor duurzame BTS-deploying

Het opdelen van energiebesparingsaanpakken in modulaire componenten maakt basiszenders/ontvangers (BTS) over het algemeen veel milieuvriendelijker. Wanneer ingenieurs onderdelen zoals DC-DC-converters, digitale regelaars en thermische beheersystemen loskoppelen, krijgen ze de mogelijkheid om elk onderdeel afzonderlijk te optimaliseren — iets wat bij traditionele alles-in-één-systemen gewoon niet mogelijk is. Neem bijvoorbeeld gestapelde stuurprogramma’s voor vermogensbeheer: lokale subregelaars zorgen op module-niveau voor efficiëntie door technieken zoals het automatisch inschakelen van slaapmodi voor modules. Tegelijkertijd zorgt een hoofdregelaar voor de verdeling van vermogen over het gehele systeem. Volgens veldtests van de GSMA uit 2023 leidt deze opzet tot een vermindering van verspilde energie tijdens stand-byperioden met ongeveer 19%. Door elke vermogensmodule thermisch te isoleren, wordt warmteoverdracht naar andere onderdelen van de apparatuur voorkomen. Dit betekent dat minder krachtige koeloplossingen nodig zijn, waardoor de koelkosten met ongeveer 30% dalen. De mogelijkheid om componenten afzonderlijk te schalen is een ander groot voordeel voor langetermijnplanning. Netwerkexploitanten hoeven niet het volledige systeem te vervangen wanneer bepaalde onderdelen onder zware belasting gaan presteren. Ze kunnen alleen de problematische delen, zoals converters voor piekbelasting, vervangen. Op een periode van tien jaar bespaart dit per locatie tussen de 8 en 12 ton elektronisch afval. Al deze verbeteringen betekenen langere levensduur van de hardware, kleinere koolstofvoetafdrukken en een betere voorbereiding op toekomstige stroombehoeften die gepaard gaan met de verdere ontwikkeling van 5G-technologie.