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賦能 5G 網路:剖析基地台電源之高可靠性設計挑戰與解決方案

05

Dec

#Technical Article#AC-DC Power Supply#DC-DC Converter#Industrial / ITE#Baseplate-cooling / Fanless

 

 

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      在 5G 網路席捲全球的今日,我們得以享受高速、低延遲的行動互聯體驗。這一切的背後,是無數持續運作的基地台。其中,遠端射頻單元(RRU,Remote Radio Unit)作為核心關鍵模組之一,更可視為「網路覆蓋的基石」。RRU 自誕生至普及,本身即是一場為克服傳統一體化基地台架構缺陷而推動的技術革新。

 

I. 從一體化到分散式:RRU 的誕生與技術優勢
傳統的「一體化基地台」將所有處理單元與射頻單元集中於鐵塔下方機房內,並透過長距離饋線將訊號傳輸至塔頂天線。此架構存在以下幾項關鍵缺點:
1. 極大的饋線損耗:訊號在長達數十公尺的饋線中傳輸時,功率損耗可能高達 60% 以上。
2. 驚人的能耗:為了補償饋線損耗,基地台必須提供更高的發射功率,導致整體能耗大幅攀升;一個多頻段站點的功耗輕易突破 3000 瓦。
3. 散熱挑戰:高功耗設備集中於機房內,導致散熱負擔大幅增加。
4. 無法因應 5G 需求:MIMO(多輸入多輸出)技術需支援多發射通道,而一體化基地台在擴充性上受到限制。

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圖一:5G基站RRU&BBU示意圖

RRU的解决方案:將射頻單元自機房中「解放」出來,直接安裝於鐵塔上,並貼近天線部署。此一架構變革帶來了根本性的改善:

      ‧ 幾乎零饋線損耗:訊號「就近傳輸」,能量幾乎全部用於輻射,整體效率大幅提升。

      ‧ 大幅降低整體功耗:無需補償饋線損耗,整體能耗顯著下降。

      佈局更具彈性,支援多天線架構:為 5G 大規模 MIMO 技術提供理想的硬體基礎。

 

II. 極致挑戰:RRU 電源的「煉獄級」工作環境

然而,將精密電子設備從恆溫恆濕的機房移至風吹日曬的鐵塔上,對其供電之電源模組提出極為嚴苛的設計要求。RRU 電源設計,本質上是一場與極端環境條件的對抗與博弈:

      1. 空間極度受限:鐵塔上安裝空間極為有限,電源必須實現小型化與高功率密度設計。

      2. 極致高效率要求:任何微小的效率損耗都會轉化為熱能,並在密閉空間中累積。效率每提升 1%,都意味著顯著的溫升降低與系統可靠性的明顯提升。

      3. 無風扇散熱與優異熱管理設計:鐵塔設備無法採用風扇散熱(易損壞且增加維護成本),必須依賴自然冷卻與高效導熱設計,將內部熱量快速傳導至外殼並向外散熱。

      4. 寬溫範圍與高環境溫度耐受性:必須能在 -40°C 至 +45°C,甚至更高的環境溫度條件下長期穩定運行。

      5. 極高的可靠性要求:這代表電源在設計、物料選用到製造生產各階段,皆必須以「零缺陷」為目標進行管控。

 

III. 破解核心難題:幸康電源的技術突破

面對 RRU 部署的極致需求,幸康電子從以下幾個關鍵面向實現技術突破:

1. 極致效率,從源頭降低熱損耗:在內部空間密閉的條件下,散熱為首要挑戰。電源的任何效率損失皆會直接轉換為熱能,進而威脅系統穩定性。

       幸康解決方案:採用先進的 LLC 諧振拓撲架構,並導入 MOSFET 及 SiC(碳化矽)等新一代半導體功率元件,使效率提升至 94.5% 以上。此舉可有效減少能量轉換過程中的熱損耗,從源頭降低系統散熱壓力。

2. 高超的熱管理技術:實現「無風扇」穩定運行

設備無法依賴風扇散熱,幸康採用底板散熱(Baseplate Cooling)之「無風扇設計」,已成為業界標準配置。

幸康解決方案:

      ‧ 透過精密熱模擬分析優化內部佈局,將主要熱源(如功率 MOSFET、磁性元件)與經過精心設計的鋁合金散熱外殼緊密結合。

      ‧ 內部採用高導熱絕緣材料,建構高效率之熱傳導路徑,確保熱量能快速且均勻地傳導至外殼並散逸至環境中。

      ‧ 選用符合寬溫範圍且高效率、高可靠性之關鍵元件,並透過完整產品規劃,提供輕薄型設計與高環境溫度耐受、高可靠性之產品方案。

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圖二:常見的開放式框架(Open Frame)散熱示意圖

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圖三:幸康底板散熱(Baseplate-cooling)散熱示意圖

IV. 開放式框架(Open Frame)與底板散熱(Baseplate-cooled)系列

幸康提供 130W、150W、200W、260W、300W、400W、500W、600W 共計 8 大系列,皆具備寬工作溫度、適用空間受限應用、無風扇設計及長壽命等特性之高效率電源解決方案。以下展示其中之 300W、400W、500W 系列:

      ‧ 過溫保護

      ‧ 電源開/關遠程控制

      ‧ 電源正常及電源故障訊號

      ‧ +5V 待機電源、12V 風扇輸出

      ‧ 低浪湧電流(Low Inrush Current),其中 CFM500S 低至 8.5A

      ‧ 另外 CFM500S 亦提供並聯(主動均流)及 PMBus 選項

系列 功率
(W)
輸入電壓 輸出電壓
(Vdc)
效率 輸入/輸出
隔離耐壓
(Vac)
尺寸
(inch)
CFM300S 300 90-264 Vac
120-370 Vdc
12、24、36、48 94% 3000 3”x 5” Compact
Size
CFM400S 400 80-264 Vac 12、18、24、
36、48、54
94% 4000 3”x 5” Compact
Size
CFM500S 500 80-264 Vac 12、18、24、 28、
30、36、48
94.5% 4000 3”x 5” Compact
Size

V. 在持續發展的電源供應產業中,幸康不斷突破創新的界限

我們推出 LFM 系列,專為嚴苛工作環境設計,具備超薄尺寸與卓越高溫性能。新一代 LFM 系列(Low Profile,高度 1 吋)樹立了效率與可靠性的新標竿。

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系列 功率
(W)
輸入電壓 輸出電壓 (Vdc) 效率 輸入/輸出耐壓
(Vac)
尺寸
(inch)
LFM200S 200 85-264 Vac
115-370 Vdc
12、15、24、28、
30、36、48、54、
94% 4250 2.28”x 3.09”x 1”
LFM300S 300 85-264 Vac 12、15、24、
28、30、48、54、
94% 4250 2.28”x 4.09”x1”
LFM420S 420 85-264 Vac
120-370 Vdc
12、15、24、28、
30、36、48、54、
94.5% 4250 3.29”x 5.09”x 1”
LFM550S 550 85-264 Vac
115-370 Vdc
12、15、24、28、
30、36、48、54、
94% 4250 3.29” x 5.09”x 1”

     備註:更多參數規格請參考官方網站之產品規格書。

 

VI. 在 5G 網路深化部署的進程中,小型基地台(Small Cell)迎來了廣闊的應用前景

在 5G 時代,由於頻段進一步上移,頻率更高、波長更短,使得訊號在遇到障礙物時衰減加劇,進而導致宏基地台的覆蓋範圍縮小。另一方面,熱點區域的容量需求呈現數百至數千倍成長,對網路體驗也提出更高要求,因此在 5G 建設初期即已出現容量不足與覆蓋不均等問題。

小型基地台具備精準補盲補熱的優勢,同時也是最有效的頻率重用與容量擴展方式。因此,在 5G 乃至未來 6G 網路中,對小型基地台的需求將持續增加,需透過大規模部署小型基地台,並採取「宏微(宏小)協同」的組網方式,以解決 5G 網路覆蓋與容量擴展等一系列關鍵挑戰。

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圖五:小型基地台之主要特性

 

同時也對配套電源提出更嚴苛的要求——如何在有限空間內實現高效率、穩定且無風扇的散熱與供電,已成為產業關鍵挑戰。幸康電子深耕無風扇散熱技術,專注於開發適用於嚴苛環境之高可靠性 AC/DC 與 DC/DC 電源解決方案。憑藉經市場驗證之產品性能與系統相容能力,我們已建構涵蓋基地台電源全場景需求之產品線,為基地台設備建設提供堅實支援。

應用 類型 參考型號
5G 小型基地台 AC-DC 無風應用電源 CFM500S480 &LFM550S480&PDF700S480
5G 乙太網路供電 AC-DC 適配器 TRH220A480
DC-DC 1/4磚 磚形電源 CQB75W8-36S12
5G 路由器電源 DC-DC 電源轉換器 EC7BW18-72S12 ,ECB40W18-72S12
5G 外部電源 DC-DC 電源轉換器 (完整解決方案含 Din-Rail plug) EC7BW18-72S12-EDRT ,ECB40W18-72S05-ECRT
5G 中繼器電源 / 強波器電源 DC-DC 1/4磚 磚形電源 CQB150W-48S28
5G 基地台 AC-DC 無風應用電源 LFM300S480C ,CBM300S480
DC-DC 半磚 磚形電源 CQB150W8-36S05 ,CQB150W8-36S12
5G 網路密集化 DC-DC 全磚 磚形電源 CFB600-48S48
5G 電信整流器 / 通訊整流器 DC-DC 半磚 磚形電源 CHB300-300S12

面向未來:基地台電源已不再僅是單純的能量轉換單元,而是確保整體行動網路可用性與可靠性的關鍵基礎設施。幸康電子將持續深耕電源領域,透過不斷的技術創新,為客戶提供更高效率、更小型化及更智慧化的電源解決方案,協助全球電信營運商建構更綠色、更可靠的 5G 乃至未來 6G 網路。

 

聯絡我們以獲取更多支援:sales@cincon.com

 

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