[技术闲谈]通信电源为什么使用直流-48V供电?

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历史上,通信行业设备一直使用-48V直流供电。-48V也就是正极接地。

如果百度搜索这个话题,总会出现"约定俗成"或者“空气中有大量的负电荷,根据电化学知识,正极接地可以吸附空气中的负离子,从而保护电信设备的外壳不被锈蚀”这类解释,颇为模糊。本人通信专业毕业,虽然化学是体育老师教的,但还是忍不住聊一聊这个反直觉的(负电源)设定缘由,不一定严谨,欢迎拍砖。

电话时代,-48V电源应用于局端向固定电话馈电。假设电话局汇聚点至用户这段链路,上天下地,水汽弥漫,各种端接点和线缆本身绝缘不佳,这是很常见的情况,比如位于一些潮湿的管弄或人孔里。48V的电压,足够对水进行电解,电解过程是正极析氧,负极析氢,正极金属材料的氧化反应会相当严重。由于接地的存在,假设负极接地,则负极与大地无电势,正极出现+48V电势,则正极析氧后快速氧化。反之,正极接地,正极与大地无电势差,负极电解水后析氢。至于漏电流的回流路径,可以走大地或正极线缆,取决于回流阻抗大小。总之,正极接地对线缆等金属导体的腐蚀远小于负极接地。通信电源使用负电源系统似乎还是很有道理的。

顺便聊聊为什么使用48V的电压? 大致上电压再高,不够安全,对线缆绝缘等级要求高,潮湿环境容易出现击穿问题。电压低了电流大,也不合适。另外,考虑到使用铅酸电池的不间断供电系统,48V正好是12个2V蓄电池单元,对于小容量系统,使用12V电池,则只需4只。串数合理电池组容易均衡。总之,算是综合各方考虑的结果。

-48V供电系统中,交流市电经低配,使用开关电源变换至直流54.5-55V,对蓄电池浮充,同时输出给设备供电。简单明了。

关于54V左右的电压,主要由铅酸电池浮充电压,2.2V左右每格,决定的。考虑到电池的充放电平台,设备实际的允许输入电压范围一般比较广,至少达到-40V~-57V正常工作。通常极限为-36V~-62V。当然近年锂电池在通信行业中也有使用,不详写了。

对于IT行业的数据中心而言,一般常用AC110或220供电,几乎见不到-48V供电的设备。究其原因,主要是IT设备从计算机这类设备演进而来,没有使用直流供电的历史。另外,IT设备功率密度日益增长,功率密度每U 200瓦,或每架5000瓦已比较常见。近年高密度数据中心每架9kw,有些设备在15U左右的机箱中设计了10KW以上的功率容量。在如此密度下,使用48V的供电电压,具备数百安培过流能力的电力配线、端子,亦有相当的实现难度。

使用交流供电,作为可靠性要求,总是需要部署不间断电源系统,这样带来的问题在于: 能源效率低,AC市电经AC-DC变换,至300-400V左右的直流,对蓄电池组进行浮充(或维持飞轮运行,用于飞轮UPS),然后进行DC-AC逆变,至设备。设备电源再次进行AC-DC(APFC)/DC-DC变换,至目标电压。即使每次变换效率都达到92%的高水准,总体效率也不到85%;另外UPS建设成本高;交流系统中同时存在并网困难的问题。

近年,高压直流供电是数据中心能源行业比较热的趋势,使用240-270左右的直流供电,建设成本低,能源效率高,意味着运行开支的降低。随着支援高压直流供电的IT设备普及,应该是一个发展方向。

更多电源相关资料请访问论坛下载:

《直流稳压电源的原理和设计》

 

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