Како да одаберете одговарајући модул напајања за базне станице

Разумевање захтева за напајање јединице базног опсега и динамике радног оптерећења

Преглед јединице за обраду базног опсега и њених захтева за напајањем

Најновије јединице за обраду базног опсега захтевају посебно дизајниране модуле напајања који могу да обезбеде између 48 и 72 волта једносмерне струје, при чему морају задржати буку пулсација испод 150 микроволти како би се очувала квалитет сигнала. Потрошња енергије знатно варира у зависности од модела, креће се од око 80 вати до 350 вати, у зависности од сложености обраде. Када се посебно посматрају 5G системи, они имају потрошњу око 22 процента вишу у вршним периодима у односу на своје 4G еквиваленте, према недавним индустријским извештајима. Ова повећана потрошња посебно је изражена током MIMO операција и приликом обраде корекције грешака. Модули напајања морају бити у стању да барем десет секунди непрестано поднесу 105% од номиналне номиналне снаге без квара у тим условима.

Усклађивање могућности модула напајања са оптерећењем јединица базног опсега

Анализа индустрије из 2025. године показала је да 68% модула напајања за базни опсег не успева да усклади оптерећење због три критичне пропуста:

• Игнорисање скокова у обради протокола током операција преноса
• Неподцењивање струје декодирања LDPC за 19–31%
• Превиђање 10–15 ms кашњења у топологијама дељења струје

Ови неусаглашености доводе до пада напона, нестабилности такта и повећане стопе грешака у битовима, посебно у условима динамичког саобраћаја.

Критеријуми перформанси у динамичним срединама обраде сигнала

Оптимални модули напајања морају испунити строге стандарде перформанси кроз генерације:

Испуњавање прагова за 5G захтева брже контролне петље, прецизнију регулацију и напредне технике паралелизације.

Студија случаја: Флуктуације снаге у 5G базним јединицама током максималног протока

Током тестирања на терену код масивне MIMO инсталације на 3,5 GHz, инжењери су приметили значајан пад напона од 27% када су истовремено користили модулацију 256-QAM и формирање снопа. Постојећи модул напајања имао је само 92 микрофарада укупног кондензаторског капацитета, што није било довољно да компензује кратке али интензивне струјне импулсе који су достигли преко 85 ампера у трајању од око 8 микросекунди. То је изазвало проблеме са стабилношћу такта дигиталног процесора сигнала и резултирало губитком око 12% података. Када су прешли на другу конфигурацију која комбинује полимерне кондензаторе од 470 микрофарада са четири фазе са интерлевингом, ситуација се знатно побољшала. Максимални капацитет струје повећао се скоро троструко у односу на претходну вредност, а ипак су успели да одрже релативно висок степен ефикасности од 94,1%, чак и при раду на само 40% капацитета оптерећења.

Димензионисање модула напајања: Излазна снага, импулси струје и снижавање перформанси

Поступак корак по корак за израчунавање укупних потреба за излазном снагом

Тачно димензионисање модула напајања подразумева три кључна корака:

1. Zbirni nominalni potrošnja snage jedinice za obradu signala u osnovnom opsegu kroz sve jezgra DSP-a i I/O interfejse
2. Dodajte maržu od 25–40% kako biste nadoknadili starenje komponenti i varijacije opterećenja
3. Pomnožite sa 1,5–2 puta za rezervu u N+1 konfiguracijama

Podaci sa terena pokazuju da je 63% nezadovoljavajuće performanse jedinica za obradu signala u osnovnom opsegu 2023. godine bilo posledica nedovoljnih proračuna raspoloživog kapaciteta napajanja (Konsorcijum za telekomunikaciono napajanje), što ističe važnost konzervativnih početnih procena.

Uzimanje u obzir kratkotrajnih strujnih skokova u digitalnim kolima za obradu signala u osnovnom opsegu

Savremeni procesori za obradu signala u osnovnom opsegu pokazuju milisekundne strujne skokove do 200% nominalnog opterećenja током демодулације сигнала. Ови прелазни процеси захтевају модуле напајања са:

• Брзина нарастанја >200 A/µs
• Време одзива <50 µs
• Допуштено одступање ±15%

Истраживање из 2023. године показало је да је 38% базних јединица за 5G имало превремене кварове модула напајања због нерегулисаних струјних импулса изнад 170A (извештај о безжичној инфраструктури), што указује на потребу за чврстим пројектовањем одзива на тренутне прекорачења.

Коришћење кривих снижења капацитета ради осигуравања дуготрајне стабилности

Водећи произвођачи сада уграђују алгоритме за тренутно снижавање перформанси који прилагођавају радне параметре на основу сензора температуре и профила оптерећења. Овим приступом смањен је број термичких кварова за 72% код хибридних јединица 4G/5G (Часопис за енергетску електронику, 2024).

Ефикасност, термичке перформансе и интеграција хлађења

Енергетска ефикасност као покretač термичких перформанси

Модули за напајање данас много боље управљају топлотом јер су једноставно ефикаснији. Када се енергија троши узалуд, претвара се у топлоту, тако да побољшање ефикасности значи мање нагомилавања топлоте. Узмите као пример DC-DC прекидачи: ови напредни системи смањују топлотне проблеме за око 40 процената у односу на старомодне линеарне регулаторе. Они раде са ефикасношћу од 92 до 96 процената, што чини велику разлику. Јединице за базну фреквенцију заиста имају користи од ове везе између ефикасности и управљања топлотом. Замислите процесор од 80 вати који ради у једној од ових јединица – он може производити било где од 6 до 8 вати додатне топлоте ако конверзија напајања није потпуно исправна. Таква врста губитка се брзо накупља и ствара све врсте проблема инжењерима који покушавају да одрже ствари хладним.

Упоредна анализа: Прекидачки насупрот линеарним модулима за напајање у распршивању топлоте

Температурна разлика од 6:1 објашњава зашто 78% јединица за базну фреквенцију 5G сада користи прекидачиве архитектуре упркос захтевима за комплексном контролом брмљања.

Усклађеност термалне дизајнерске снаге (TDP) са ограничењима хлађења кућишта

Оцене TDP модула напајања морају бити усклађене како са најгорим условима процесирања, тако и са околинским ограничењима. Модул са TDP од 300W у амбијенту температуре 40°C обично захтева:

• резерву ваздуха од 25% за компензацију висине
• маргину од 15% за накупљање прашине у спољашњим кућиштима
• Активно хлађење способно да испоручи 120 CFM по kW топлотног отпusta

Системи који прелазе ове границе имају ризик од термалног успоравања, чиме се смањује пропусност базног опсега до 22% током продужених радних периода.

Парадокс индустрије: Висок степен ефикасности при делимичном оптерећењу насупрот пуном оптерећењу

Иако модерни силски модули постижу ефикасност од преко 80% при оптерећењу од 20% — што је идеално за базне станице са варијабилним саобраћајем — њихова перформанса при максималном оптерећењу често пада испод нивоа конкурентских решења. Ова компромисна ситуација ствара разлику у ефикасности од 13% између конструкција оптимизованих за рад под делом оптерећења и оних које су фокусиране на рад при потпуном оптерећењу, због чега инжењери морају да одаберу између оперативне флексибилности или максималних перформанси.

Компатибилност улазног напона и заштита целиности сигнала

Процена компатибилности са постојећим архитектурама дистрибуције једносмерне струје

Приликом бирања модула за напајање за постојеће DC дистрибутивне системе, важно је узети у обзир нивое отпорности на напон и начин расподеле оптерећења. Већина базних јединица ради са 48V DC системима, а занимљиво је да чак и пад или скок напона од само 5% може потпуно пореметити протоколе синхронизације. Према неким истраживањима објављеним прошле године о компонентама 5G мреже, модули за напајање који могу да поднесу улазни напон између 40 и 60 волтима смањују проблеме са компатibilношћу за око две трећине у поређењу са старијим моделима са фиксним опсегом напона. Оваква флексибилност чини велику разлику у одржавању стабилног рада у различитим условима.

Утицај нестабилности улазног напона на интегритет базног сигнала

Када вибрације напона прелазе преко 120mVpp у модулима за напајање, ствари се заправо погоршавају за 256-QAM сигнале, повећавајући шум фазе око 18%. Ово узрокује да нивои EVM падну испод захтева 3GPP стандарда, што је дефинитивно лоша вест за свакога ко ради на овим системима. Проблем постаје још израженији у милиметарским таласним применама где постаје екстремно осетљива базенска обрада. Трзаји струје виши од 2 ампера почињу да ометају SERDES кола, уносећи непожељан џитер у времену који инжењери мрзе да решавају. На срећу, новији дизајни модула почињу да решавају овај проблем кроз технике активног филтрирања хармоника. Ова напредна решења смањују проводни ЕМИ за отприлике 40% без великих губитака у ефикасности, одржавајући перформансе на око 95% чак и при раду на максималном капацитету.

Одабир оптималног типа модула за напајање за примене у базенској обради

Функционалне разлике и случајеви употребе за AC-DC, DC-DC, линеарне и прекидачи модуле

Правилно функционисање базних јединица захтева усклађивање спецификација модула напајања са стварним потребама система. AC-DC конвертери су одлични када се ради са наизменичном струјом, али изазивају проблеме у телекомуникационим срединама где већина опреме већ ради на 48V DC. Линеарни модули имају врло низак ниво буке испод 2 микроволта RMS, према истраживању IEEE-а из прошле године, али троше око половине енергије, што уопште није практично за покривање великих потрошњи енергије у обради базног опсега. Прекидачи постижу знатно боље степене ефикасности између 80 и 95 процената, а осим тога заузимају мање простора. Неки новији DC-DC модели могу одржавати стабилан излаз чак и када 5G мреже мењају оптерећење за 40 процената, као што је наведено у студији Понемонове организације. Резонантни дизајни још увек нису широко распрострањени у телекомуникацијама, али прелиминарни тестови указују да би могли достићи скоро 97 процената ефикасности током континуираног рада, што произвођачи пажљиво прате за будуће примене.

Зашто ДЦ-ДЦ прекидачки модули доминирају у модерним базним јединицама

Уз брзи развој агрегације 5G канала, ДЦ-ДЦ прекидачки модули су постали предности за управљање интензивним струјним импулсима од 150А по микросекунди који се јављају у масивним MIMO конфигурацијама. Традиционални линеарни регулатори просто не могу да прате ове захтеве, губећи око две трећине улазне снаге као топлоту при вршним оптерећењима током 256QAM модулације. Прекидачке конструкције користе потпуно другачији приступ. Користе технику модулације ширине импулса која одржава ефикасност од око 92% чак и када раде између 30% и пуног капацитета оптерећења. Права предност постаје очигледна у овим збијеним шкафовима базних јединица где се температура често подиже на 55 степени Целзијуса. Ови компактни простори једноставно не могу да поднесу ниво загревања који би старије технологије регулатора генерисале у сличним условима.

Компромиси између линеарности, буке и ефикасности

Инжењери морају да балансирају три конкурирајућа приоритета у базним системима напајања:

• Bučnost : Линеарни модули одржавају однос сигнал-шум испод 50 dB, што је критично за 64T64R антенске низове
• Efikasnost : Прекидачи топологије очувавају ефикасност од 85% и више чак и током обраде 100G NRZ сигнала
• Линеарност : Хибридни дизајни жртвују 5–8% ефикасности како би постигли регулацију напона од ±0,5% под оптерећењем

Истраживање из 2023. године показало је да 72% увођења 5G мрежа ставља ефикасност на прво место у односу на сузбијање шума, користећи филтрирање након регулације ради задовољавања EMI прагова 3GPP-а од -110 dBm/Hz.

Тренд: Интеграција хибридних топологија ради побољшања регулације

Многи од водећих произвођача данас почињу да комбинују прекидачке прет-регулаторе са линеарним пост-регулаторима. Ова комбинација остварује ефикасност система од око 88%, истовремено држећи ниво излазних осцилација на приближно 10 mVpp. Цео хибридни систем изузетно добро функционише за захтевне базене системе милиметарског таласа којима је потребна како чврста испорука снаге од 400W, тако и прецизност карактеристична за 16-битне ADC конверторе. Према недавним теренским тестовима објављеним од стране MobileTech Insights 2024. године, употребом ове методе долази до отприлике 43% мање EVM прекршаја у поређењу са традиционалним дизајнима који користе искључиво прекидаче. Није изненађујуће што све више стручњака у индустрији прелази на овај приступ за своје Open RAN пројекте.

Често постављана питања

Шта је јединица за обраду базног опсега?

Јединица за обраду базног опсега је неопходна у телекомуникацијама за обављање задатака обраде сигнала. Користи посебно дизајниране модуле напајања како би испунила специфичне захтеве напона и снаге, истовремено одржавајући низак ниво шума ради високе квалитете сигнала, посебно у напредним технологијама као што је 5G.

Зашто 5G системи троше више енергије од 4G?

5G системи користе више енергије у поређењу са 4G због побољшаних функција попут MIMO операција и исправке грешака, што више оптерећује модуле напајања и доводи до повећане потрошње енергије.

Како неусаглашености у могућностима модула напајања утичу на јединице базног опсега?

Недоследности, као што је игнорисање вршних оптерећења при обради протокол стека или потцењивање LDPC декодирања, резултирају падом напона и нестабилношћу такта, чиме се повећава стопа битних грешака у условима динамичког саобраћаја.

Колико је важан дизајн прелазне реакције у модулима напајања?

Projektovanje prelaznih odziva je kritično za upravljanje strujnim prenaponima u trajanju od milisekunde koji mogu dovesti do preranog otkaza snabdevačkih modula, posebno u zahtevnim 5G sredinama sa visokim skokovima iznad 170A.

Zašto se DC-DC prekidački moduli preferiraju u 5G baznim aplikacijama?

DC-DC prekidački moduli efikasno upravljaju visokim strujnim skokovima karakterističnim za 5G aplikacije, nudeći veću efikasnost u poređenju sa tradicionalnim linearnim regulatorima, a ključni su za održavanje operativne pouzdanosti u kompaktnim i visokotemperaturnim sredinama.

Koje su kompromise između prekidačkih i linearnih snabdevačkih modula?

Prekidački moduli su efikasniji i pogodniji za aplikacije sa visokom strujom, dok linearni moduli nude nizak nivo buke, što je bolje za analogni okruženja osetljiva na buku, ali su manje energetski efikasni.