سیستم یکسو کننده مخابراتی چیست؟

یک سیستم یکسو کننده مخابراتی 48 ولت - همچنین به نام aسیستم برق DC مخابراتییا یک نیروگاه 48 ولت DC - یک سیستم تبدیل برق AC به DC است که شبکه برق AC را به یک باس 48 ولت DC تنظیم شده تبدیل می کند تا تجهیزات مخابراتی مانند رادیوهای ایستگاه پایه، واحدهای باند پایه، سوئیچ ها و روترها را تامین کند، در حالی که به طور همزمان یک باتری بدون پشتیبان را شارژ می کند که وقتی شبکه شبکه را می گیرد.

هر تماس تلفنی، پیام متنی و داده تلفن همراه به برق DC بستگی دارد. تجهیزات مخابراتی با DC کار می‌کنند، شبکه جریان متناوب را تحویل می‌دهد و باتری‌ها باید شارژ بمانند - یکسوکننده 48 ولت مخابراتی دستگاهی است که در وسط قرار دارد که باعث می‌شود هر سه با هم کار کنند.
در یک نگاه، یک سیستم 48 ولت یکسو کننده مخابراتی مدرن چهار کار را انجام می دهد:
AC را به DC تبدیل می کند - ماژول های یکسو کننده حالت سوئیچ فرکانس بالا، جریان AC (معمولاً محدوده ورودی 80-300 VAC) را به خروجی 48-V DC پایدار تبدیل می کنند.
باس را تنظیم می کند - ولتاژ خروجی به طور دقیق، به طور معمول در سطح شناور باتری در حدود 53.5- ولت، در سراسر تغییرات بار نگه داشته می شود.
باتری را شارژ می کند - در حین بارگیری، سیستم به صورت شناور یا بوست بانک باتری پشتیبان را شارژ می کند.
خرابی شبکه را کنترل می‌کند - چون باتری مستقیماً روی گذرگاه DC قرار می‌گیرد، با زمان انتقال صفر کار را به دست می‌گیرد. پس از بازگشت برق، یکسو کننده ها شارژ را از سر می گیرند.

چرا سیستم های یکسو کننده مخابرات 48 ولت از -48 ولت DC استفاده می کنند
شبکه های مخابراتی بیش از یک قرن پیش در ولتاژ -48 ولت DC استاندارد شدند و از آن زمان تاکنون این استاندارد در هر نسل از فناوری باقی مانده است. سه دلیل توضیح می دهد که چرا.
2.1 تعادل تاریخی ولتاژ و باتری
مبادلات تلفنی اولیه با DC از بانک‌های باتری محلی کار می‌کردند. 48 ولت تعادل عملی را ایجاد کرد: به اندازه کافی بالا برای انتقال نیرو در مسیرهای مسی طولانی با افت ولتاژ قابل قبول و سیم با گیج کوچکتر، به اندازه کافی کم برای ایمن بودن در اطراف افراد و تجهیزات، و به طور طبیعی با شیمی باتری مطابقت دارد - چهار باتری 12 ولتی اسید سرب (یا 24 سلول دو ولتی) به صورت سری دقیقاً یک بانک اسمی 48 ولت ارائه می دهند.
2.2 قطبیت منفی از خوردگی جلوگیری می کند
علامت منفی آرایشی نیست. در یک سیستم 48-V، ترمینال مثبت به زمین متصل است. این پس از آن اتخاذ شد که سیستم‌های زمین منفی اولیه دچار خوردگی الکترولیتی شدید شدند: رطوبت روی هادی‌های مسی با بایاس مثبت سلول‌های الکتروشیمیایی را تشکیل داد که مس را از بین برد. زمین کردن طرف مثبت محافظت کاتدی را فراهم می کند که این خوردگی را سرکوب می کند و عمر کابل ها و تجهیزات را افزایش می دهد.
2.3 استاندارد شده توسط ETSI - و همچنان خط پایه 5G است
رابط 48 ولت DC در ETSI EN 300 132-2 رسمی شده است ("رابط منبع تغذیه در ورودی تجهیزات ICT - قسمت 2: جریان مستقیم -48 ولت")، که پوشش ولتاژی را که تجهیزات مخابراتی باید تحمل کنند - معمولاً 36 تا 72 ولت DC در محدوده عملکرد +4 ولت وجود دارد و سیستم‌های هنوز در محدوده عملکرد +4 V4 وجود دارند. HVDC در مراکز داده استفاده می شود، اما 48-V خط پایه برای شبکه های دسترسی تلفن همراه در سراسر جهان باقی می ماند.

معماری سیستم Rectifier 48V Telecom
صرف نظر از فروشنده یا اندازه، الفسیستم یکسو کننده مخابرات 48 ولتبه سه لایه سازماندهی شده است که همگی در یک گذرگاه DC -48 ولت همگرا هستند.
لایه تولید برق - ورودی‌های انرژی: برق متناوب، ژنراتورهای پشتیبان و به طور فزاینده‌ای، PV خورشیدی در سایت‌های خارج از شبکه.
لایه تبدیل توان - ماژول های یکسو کننده (و کنترل کننده های MPPT در سایت های هیبریدی) که ولتاژ را تحت نظارت هوشمند تبدیل و تنظیم می کنند.
لایه توزیع برق - گذرگاه DC، بانک باتری و فیدرهای محافظت شده که برق را به بارها می‌رسانند.

چگونه یک رکتیفایر مخابراتی 48 ولت کار می کند، گام به گام
در داخل لایه تبدیل، هر ماژول یکسو کننده یک منبع تغذیه با فرکانس بالا (SMPS) است. مسیر تبدیل در بین فروشندگان یکسان است:
1. ورودی AC و حفاظت. برق از طریق برقگیرها، حفاظت در برابر صاعقه و قطع کننده های مدار که نیروگاه را از خطاهای شبکه ایزوله می کند وارد می شود.
2.EMI فیلتر و اصلاح. یک فیلتر خط نویز هدایت شده را حذف می کند، سپس یک مرحله تصحیح ضریب توان (PFC) جریان متناوب را اصلاح می کند و آن را به یک پیوند DC ~ 400 ولت افزایش می دهد، که معمولاً ضریب توان را 0.99 ≥ نگه می دارد.
3. تبدیل DC-DC جدا شده. سوئیچینگ فرکانس بالا (رزونانس LLC یا توپولوژی های پل کامل با تغییر فاز) پیوند DC را از طریق یک ترانسفورماتور برای جداسازی گالوانیکی قطع می کند، سپس یکسوسازی همزمان (MOSFET ها جایگزین دیودها) آن را با حداقل تلفات تبدیل می کند.
4. تنظیم به 48- ولت. ماژول خروجی خود را به نقطه تنظیم سیستم تنظیم می کند - معمولاً ولتاژ شناور باتری در حدود -53.5 ولت - و معمولاً در بین 42- تا -58 ولت قابل تنظیم است تا از رژیم های شارژ پشتیبانی کند.
5. موازی سازی و اشتراک بار. چندین ماژول بار را از طریق اشتراک گذاری جریان فعال به اشتراک می گذارند. دیودهای ORing خروجی اجازه می دهند که یک ماژول بدون وقفه در گذرگاه اضافه یا جایگزین شود.
6. مدیریت باتری. با وجود برق، سیستم باتری ها را به صورت شناور یا بوست شارژ می کند و وضعیت آنها را نظارت می کند. هنگامی که برق از کار می افتد، باتری به طور یکپارچه به منبع برق تبدیل می شود. پس از بازگشت برق، یکسو کننده ها از سر گرفته می شوند و بانک را شارژ می کنند.
7. نظارت. یک کنترل کننده مانیتورینگ ولتاژ، جریان، دما و آلارم ها را ردیابی می کند و آنها را از راه دور از طریق RS485، Modbus، SNMP یا اترنت در معرض دید قرار می دهد.
از آنجا که هر ماژول یکسو کننده تبدیل یکسانی را به صورت موازی انجام می دهد، سیستم ذاتاً ماژولار است: ظرفیت با افزودن ماژول ها افزایش می یابد و قابلیت اطمینان با افزودن افزونگی افزایش می یابد.

اجزای اصلی یک ولتاژ 48 ولتسیستم یکسو کننده مخابرات
ماژول های یکسو کننده - خود مبدل های AC→DC. واحدهای قابل تعویض گرم و معمولاً 1U روی قفسه با توان تقریباً 2.2 کیلووات هر کدام، که در ترتیبات N+1 یا N+M مستقر شده‌اند.
واحد نظارت/کنترل - "مغز": ولتاژ و جریان باس را اندازه گیری می کند، شارژ باتری را مدیریت می کند، آلارم ها را افزایش می دهد و از طریق رابط های استاندارد به مراکز عملیات شبکه گزارش می دهد.
بانک باتری - رشته‌های VRLA یا لیتیوم یونی (LiFePO4 با BMS) که مستقیماً به گذرگاه DC متصل می‌شوند، با اندازه استقلال پشتیبان مورد نیاز.
توزیع DC - قطع کننده ها یا فیوزهایی که هر بار را تغذیه می کنند، به علاوه منطق قطع ولتاژ پایین (LVD/BLVD) که بارها را کاهش می دهد تا از باتری ها در برابر تخلیه عمیق محافظت کند.
واحد ورودی AC - حفاظت و سوئیچینگ برای شبکه اصلی، ژنراتور و ورودی های خورشیدی اختیاری - درب ورودی نیروگاه.
مسیر شارژر باتری - یک جعبه جداگانه نیست: شارژ تابعی از ماژول های یکسو کننده و کنترل کننده است که با هم در گذرگاه مشترک کار می کنند.

رکتیفایر مخابراتی 48 ولت: مشخصات کلیدی در یک نگاه

کارایی رکتیفایرهای مدرن 48 ولت مخابراتی
هر درصد از اتلاف تبدیل تبدیل به گرما می شود و هر وات گرما به انرژی بیشتری برای حذف نیاز دارد - به علاوه کابینت های بزرگتر و دیزل بیشتر در سایت های خارج از شبکه. بنابراین راندمان یکی از پربیننده ترین مشخصات در برق مدرن مخابراتی است.

قابلیت اطمینان: N+1 افزونگی و Hot-Swap
اهداف در دسترس بودن مخابرات - "پنج نه" (99.999٪ و فراتر از آن) - تقریباً جایی برای قطع برق باقی نمی گذارد. سیستم یکسو کننده این امر را از طریق معماری به جای شانس به دست می آورد:
N+1 / N+M افزونگی. اندازه سیستم با یک (یا چند) ماژول یکسو کننده فراتر از مقدار بار کامل است. هر ماژول منفرد می تواند بدون اینکه ماژول های باقی مانده حتی متوجه افت ولتاژ شوند، از کار بیفتد.
Hot-swap بدون خرابی. به لطف دیودهای ORing و اشتراک بار فعال، یک ماژول خراب از برق جدا می شود و در حالی که اتوبوس فعال می ماند جایگزین می شود - تعمیر و نگهداری دیگر نیازی به بازدید از سایت با پنجره تعمیر و نگهداری ندارد.
شارژ باتری. با وجود باتری در اتوبوس، حتی قطعی کامل برق یا قطعی کامل یکسو کننده فوراً با انرژی ذخیره شده پل می شود.
حفاظت از باتری. منطق قطع ولتاژ پایین (LVD/BLVD) بارها را در یک آستانه تعریف شده قطع می‌کند یا بارها را کاهش می‌دهد، بنابراین باتری‌ها هرگز تا حد تخریب عمیق تخلیه نمی‌شوند.
طراحی درجه حامل. ماژول های یکسو کننده برای MTBF بالا با فن های اضافی، تحمل ورودی گسترده و پوشش هشدار جامع طراحی شده اند - سیستم های معمولی ده ها شرایط هشدار را در معرض کنترل کننده نظارت قرار می دهند.
قانون کلی برای اندازه: محاسبه حداکثر بار حالت پایدار، اضافه کردن تقاضای شارژ باتری، تقسیم بر رتبه بندی ماژول، گرد کردن، سپس حداقل یک ماژول یدکی اضافه کنید - این پیکربندی N+1 است که اکثر اپراتورها از آن استفاده می کنند.
کجاسیستم های یکسو کننده مخابرات 48 ولتاستفاده می شوند
ایستگاه‌های پایه ماکرو - هر برج سلولی یا سایت پشت بام، رادیوهای خود (RRU/AAU)، واحدهای باند پایه (BBU) و backhaul را روی یک کارخانه یکسوکننده 48 ولت با باتری‌هایی با اندازه‌های ساعت‌ها مستقل اجرا می‌کند.
سلول‌های کوچک و سایت‌های 5G - استقرار متراکم‌تر و کم‌مصرف‌تر که همچنان در دسترس بودن یکسان را می‌طلبد - اغلب در کابینت‌هایی با فضای محدود، به نفع ماژول‌های با کارایی بالا و چگالی بالا.
دفاتر مرکزی و صرافی ها - نیروگاه های بزرگ چند رک که هزاران کارت خط و سوئیچ را از یک باس 48 ولتی معمول تغذیه می کنند.
سرهای کابل و DAS — سیستم های آنتن توزیع شده و شبکه های کابلی از همان معماری DC برای تامین انرژی الکترونیک فعال در میدان استفاده می کنند.
سایت های خارج از شبکه و هیبریدی - یکسو کننده خورشیدی PV به علاوه توپولوژی باتری مصرف دیزل را کاهش می دهد. یکسو کننده همچنان قابلیت همکاری شبکه/ژنراتور را در صورت وجود تضمین می کند.
لبه و مراکز داده – انواع مرکز داده، همان فلسفه مدولار DC را به +240 ولت HVDC می‌رسانند، اما اصل یکسوکننده + باتری روی گذرگاه یکسان است.

سوالات متداول
س: تفاوت بین یک سیستم یکسو کننده مخابراتی و یک UPS چیست؟
یک یو پی اس AC را ارائه می دهد: باتری ها پشت یک اینورتر قرار می گیرند که در صورت قطع برق باید تغییر کند. یک سیستم یکسو کننده مخابراتی 48 ولت مستقیماً DC را تحویل می دهد: ماژول های یکسو کننده باس 48 ولتی را تغذیه می کنند و بانک باتری مستقیماً به همان گذرگاه متصل می شود. هیچ اینورتر در مسیر بحرانی وجود ندارد و هیچ سوئیچ انتقالی وجود ندارد - باتری با زمان سوئیچینگ صفر کار می کند.
س: چرا برق مخابراتی -48 ولت DC است و نه +48 ولت یا 24 ولت؟
48 ولت ایمنی، گیج کابل و شیمی باتری را متعادل می کند (چهار سلول 12 ولتی به صورت سری)، و قطبیت منفی با ترمینال مثبت زمین شده، حفاظت کاتدی را فراهم می کند که خوردگی الکترولیتی هادی ها را سرکوب می کند. این رابط توسط ETSI EN 300 132-2 استاندارد شده است، با تجهیزاتی که معمولاً 36-72 ولت DC را می پذیرند.
س: افزونگی N+1 در یک سیستم یکسو کننده به چه معناست؟
اندازه سیستم با یک ماژول یکسو کننده بیشتر از تعداد مورد نیاز برای حمل بار کامل است. اگر هر یک از ماژول ها از کار بیفتد، بقیه گذرگاه را در حالی که ماژول خراب داغ تعویض می شود نگه می دارند - تعمیر و نگهداری بدون توقف.
س: یک رکتیفایر مخابراتی چه ولتاژی را خروجی می دهد؟
خروجی اسمی -48 V DC است. در طول کارکرد عادی، خروجی در ولتاژ شناور باتری در حدود 53.5- ولت نگه داشته می شود و ماژول ها معمولاً بین 42- تا 58- ولت قابل تنظیم هستند تا از رژیم های شارژ مختلف پشتیبانی کنند.
س: یکسو کننده های مخابراتی مدرن چقدر کارآمد هستند؟
یکسو کننده‌های حالت سوئیچ فرکانس بالا مدرن معمولاً از 96 درصد راندمان فراتر می‌روند و طرح‌های باندگپ گسترده (SiC/GaN) بیش از 98 درصد در شرایط آزمایشگاهی گزارش شده‌اند - در مقابل تقریباً 92 تا 95 درصد برای طرح‌های سیلیکونی قدیمی.