摘要：绿色高效电源为电信运营商带来的价值显而易见，而耐高温特性易被忽视。45℃降额的整流模块不能用于室外电源，65℃以上仍需要有较强输出能力；高温场景下空开、熔丝和电缆均需降额应用；室外电池宜采用直通风方式散热，并进行浮充电压补偿；耐高温电源伴随低噪声特性。室外电源的选择需要全面和具体的分析。
关键词：室外电源、耐高温、降额、温度补偿、噪声
一、通信电源的温度指标要求
通信电源伴随通信网络诞生。以往的通信主设备非常娇贵，需要良好的温湿度环境。分散供电方式的通行，让通信电源与主设备共处一室，温室般的环境也为通信电源运行提供了良好的保障。
自从节能减排得到重视，新风引入机房、机房温度提高，让电信设备失去了温室；为了快速部署3G站点并节省租金，室外站点快速增长。电源工作环境不再受控，对电源系统环境适应性开始有了实质的检验。
YD/T 1058-2007通信用高频开关电源系统标准要求电源工作环境温度满足-5℃～+40℃的要求，并在2000年标准的基础上特别增加了电源高温保护条款。YD/T 1436-2006室外型通信电源系统标准明确室外电源的工作温度范围为-40℃～+45℃，室外电源制造商也无不宣传对该指标的支持。
二、关注整流模块高温降额
由于电路设计、器件选择、结构布局等方面的不同，整流模块允许的环境温度有较大的差别。指标较低有55℃，较高的达到70℃以上。从表面上看，55℃完全满足室外电源环境温度最高45℃的要求。
按YD/T1436-2006室外型通信电源系统标准规范，安装有电路部分的机柜需要达到IP5X或IP4X的防尘标准，同时规定，IP4X防护等级的机柜外壳通风口应安装过滤网并方便清洁。在我国多沙尘情况下，IP4X防尘较果差，需要定期维护，不宜作为室外电源的选择标准，设备舱应达到IP55的防护要求。
在IP55的防护等级下，室外电源散热方式多为热交换方式。热交换方式有顶置热交换器、门上安装热交换器等多种方式。顶置热交换器换热面积小，一般只能达到75W/K的散热能力，如果电源发热量和内置主设备发热量之和达到1125W，内外温差就在15℃以上。当环境温度达到45℃时，内部温度可达60℃。模块允许温度60℃仍不能满足要求，因为模块允许温度是单个模块工作时测量结果，多个模块组成的系统，允许温度一般降低5℃，从耐高温特性考虑，模块至少应允许65℃以上的环境温度。
一般电源45℃以上就开始降额，考虑模块互相影响降额5℃、内外温差15℃，即环境温度在25℃以上时就会发生输出降额，这是不能接受的。电源N+1配置设计要求在一个模块损坏的条件下，只要市电正常，任何情况下电池均不能放电，也就是电源输出功率能满足负载最大功率需求。假设负载最大功率与电池最大充电功率相同，在最高室外环境温度45℃时，模块环境温度最高可达65℃，模块应能在65℃时输出50%以上的能量，才能确保电池不放电。
三、熔丝和空开高温需降额
熔丝和空开是电源配电系统的关键保护器件。熔丝和空开配置错误只有两种情况：配置过大，负载过流时不保护，导致线路着火；配置过小，负载正常工作时保护（熔丝熔断或空开跳闸），导致负载掉电。熔丝和空开额定容量一般在环境温度为20℃～40℃时标定，温度高时需要降额。
例如，室外温度45℃时，若内外温差15℃，则内部温度可达60℃，熔丝或空开降容至86%左右，例如一个20A的空开，60℃时跳闸电流为17A。如果仍按额定电流20A连接负载，存在误跳闸风险。用户连接负载时需要计入高温降额因素，内部风机等负载在厂家对电源设计时就要考虑在内。
四、高温带来的电缆风险
电源系统设计时，一般根据电缆最大载流量表选取电缆。最大载流量是指在热稳定条件下,当电缆导体达到长期允许工作温度时的电流大小。确定的电缆类型和线径，在一定的环境温度下最大载流量是确定的。环境温度不同时，载流量就会有区别，环境温度越高，电缆导体与环境的温差越小，散热越慢，因而载流量越小。
如一根4平方的铜芯VV电缆，长期工作允许载流量为38A，标称温度为25℃。如果电源内部温度达到55度，而电缆允许温度仅为65℃，则电缆允许的载流量仅为19A。再计入多根电缆并行敷设时降额10~27%，允许载流量降至16A左右。厂家在电源系统设计内部连接电缆时，要考虑温度降额因素；用户在设计电源至负载的电缆时，也需要计入温度降额影响。否则，在最不利环境条件下，电源内部电缆温度过高，寿命缩短，并可能带来安全风险。
五、高温下电池温度控制与温度补偿
电池充电时有一定的发热量，电池温度取决于散热条件。如果采用自然散热方式，电池周边空气不流动，电池与柜内空气必须保持一个温差才能散热，而柜内空气也必须与柜外环境保持一定的温差，因而电池温度会高于环境温度5℃以上。除非常年清凉，否则电池不宜采用自然散热的方式。
为了降低电池与环境空气之间的温差，采用风机将室外空气吹入电池舱，这就是直通风方式，可将电池与环境温度保持在2℃甚至以下。电池直通风方式是电池舱散热方式的首选，防护等级为IP3X以上，好的电源可以做到IP4X，减少灰尘在电池舱积累，使电池及其连接件腐蚀速度降低，延长电源系统的寿命。在太阳幅射强烈的区域，宜为室外电源增加遮阳装置，防止电池温度过高。在高温天气时间长的条件下，可使用带TEC空调的电池舱。
高温下，电池相对容易失水。同时，由于高温下电池极板上活性物质活性增强，较低的浮充电压就可以满足电池自放电补偿需求。如果仍采用常温下的浮充电压，则电池充电电流上升，除补偿电池自放电损失需要的一部分电流外，其它电流均充担电解水的角色，氧复合必然导致电池温度的进一步上升，温度上升进一步提升充电电流，形成的恶性循环需要电池与周边空气更高的温差才能平衡，甚至形成热失控使电池早期失效。
因此，必须在高温时降低浮充电压，方法是配置电池温度补偿。几乎所有的电源都支持温度补偿功能，但如果用户没有选配，会对电池寿命产生严重影响。
六、噪声与耐高温特性亦相关
分布式基站常用壁挂电源供电，在大楼角落、内墙边沿、楼梯下方安装。在室内没有安装位置时，则选择室外挂墙、灯柱抱杆等方式，电源与人们生活越来越近。随着人们对环境素质要求越来越高，电源设备的噪声成为退站率居高不下的因素之一。
电源噪声主要就来源于风扇，而风扇噪声大小直接与风扇面积、转速相关。声功率与转数5次方成正比，当转数增一倍时，声功率增加15dB；若风机直径增加一倍，声功率增加6dB。现代电源技术，风扇可随模块温度而调整。耐高温性能好的电源，模块体积可以缩小，减小风扇面积，同时风扇启动温度高，同样温度条件下风扇转速慢，甚至小功率模块不再需要配置风扇，电源运行时几无噪声可闻。宁静的电源在任何位置布置都不会对人们生活产生影响，使分布式基站完全可按网络盲点布置。
七、华为电源耐高温特性分析
华为电源具有高效、高功率密度和耐高温特性。事实上，高功率密度对电源散热设计提出了挑战，而耐高温特性和高效率则是实现高功率密度的前提，使华为电源功率密度达到40W/立方英寸以上。功率密度越高，模块体积越小，风扇面积也随之减小；耐高温的模块在一般环境温度下风扇低速甚至停止运转，风扇噪声也随之得以降低。
华为电源55℃以上才开始降额，在65℃时可输出80%电能，75℃时仍有30%的输出，之后高温保护。以中东地区某200A室外电源为例，整流模块额定功率3000W，最大可配置4个整流模块，门上安装热交换器，散热能力85W/K。室外温度45℃，内置最大900W、平均700W发热量的主设备，外接最大功率4000W、平均功率3200W的主设备，备电时长2小时，配置3个整流模块满足N+1配置要求。
经分析计算，设备内最大发热量达到1096W，内外温差13℃，设备舱内部温度高达58℃，考虑多模块互相影响，内部温度58℃时模块实际输出为84%左右，如果假定有一个模块损坏，剩余两个模块可输出5040W，刚好超过负载最大功率4900W。由此计算可以看出，即使是55℃才开始降额、65℃可输出80%的极优模块，在极端条件下，仍仅是刚好满足要求。如果整流模块不能达到相似的耐高温特性，应用时有一定风险，低于55℃就明显降额的模块不能用于常规的室外电源。
由于系统具备强耐高温特性，高温环境下运行稳定，华为室外电源在热带地区也得到广泛应用，200A的华为室外电源成为全球最受欢迎的电源。
八、选用室外电源需要全面的、具体的分析
不能以整流模块的温度指标作为电源的温度指标，实际上，整流模块的指标远高于电源系统的指标。电源系统散热量指标是有条件的，与温差有关。在环境温度低的区域，允许有更大的温差，系统散热量可以高于厂家宣称散热量。
室外电源内置主设备时，除考虑主设备发热量外，还要考虑电源本身的发热量，如果整流模块效率只有92%，考虑监控模块和风扇工作，系统效率一般只有90%左右。一台200A室外电源，按N+1配置思想，电源本身最大发热量可高达850W以上。
高温场景下，需要全面分析电缆、熔丝、空开等温度降额因素，确保安全。同时应特别关注电池温度补偿，保护电池寿命。在满足环境温度要求条件下，选择可耐受更高温度的电源，不但具有更高的高靠性和更长的预期寿命，还能降低噪声。
