Documentación técnica del sistema eléctrico de telecomunicaciones

1. Introducción

El sistema de energía de telecomunicaciones es realmente importante para las redes de comunicación. Es como el corazón de los sistemas de telecomunicaciones. El trabajo principal del sistema de energía de telecomunicaciones es dar a los equipos de comunicación la electricidad que necesitan. Esta electricidad tiene que ser estable y limpia para que la red pueda seguir funcionando sin ningún problema pase lo que pase. El sistema de energía de telecomunicaciones debe asegurarse de que la red esté siempre encendida.

La forma en que nos comunicamos está cambiando rápidamente con nuevas tecnologías como 5G, centros de datos y computación en la nube. Ahora los equipos de telecomunicaciones deben ser realmente buenos en aspectos como la densidad de potencia, deben poder convertir energía, tener una gestión inteligente y ser muy fiables. Esto significa densidad de potencia. La eficiencia de la conversión es crucial para los equipos de telecomunicaciones. También son muy importantes la gestión inteligente y la fiabilidad del sistema 5G, los centros de datos y la computación en la nube.

Este documento le informa sobre las partes de los sistemas de energía de telecomunicaciones modernos. Habla sobre la arquitectura central, las tecnologías clave y los principios de diseño de los sistemas de energía de telecomunicaciones. El documento se centra realmente en aspectos como la frecuencia y las topologías de rectificadores de alta eficiencia. Por ejemplo, la rectificación PWM y la conversión resonante LLC de los sistemas de energía de telecomunicaciones modernos. También explica cómo calcular y gestionar la capacidad de la batería de forma fiable, para los sistemas de energía de telecomunicaciones modernos, que es una parte muy importante de los sistemas de energía de telecomunicaciones modernos.

Las explicaciones tienen que ver con el estándar, para una fuente de alimentación de CC de -48V**. Este estándar es el que usa la mayoría de la gente. También funciona con sistemas que utilizan --24V. El objetivo es ayudar a las personas a comprender cómo diseñar un sistema de energía de telecomunicaciones. También explica cómo operar. Mantener*estos sistemas.. Da consejos sobre cómo optimizar los sistemas de energía de telecomunicaciones para que funcionen mejor. La orientación es realmente detallada. Cubre todo lo que necesita saber sobre el diseño, el mantenimiento de la operación y la optimización de estos sistemas.

2. Descripción general del sistema y estándares de suministro de energía

2.1 Arquitectura del sistema

Un sistema de energía de telecomunicaciones típico se compone de algunas partes. Estas son las cosas que lo hacen funcionar. Un sistema de energía de telecomunicaciones típico consta de los siguientes componentes principales:

1. Unidad de Distribución de Entrada de CA

Responsable del acceso a la energía de los servicios públicos, protección contra rayos, filtrado y distribución de energía.

2. Módulos rectificadores

La parte principal que cambia la potencia, de CA a CC, es realmente importante. Esta parte se llama rectificador. Los rectificadores generalmente se configuran con redundancia N+1 para que la energía continúe si una de las piezas se rompe. De esta manera el suministro de energía siempre funciona. Los rectificadores son parte de garantizar que la energía sea estable.

3. Unidad de Distribución CC

Distribuye la salida de CC de los rectificadores a racks o equipos de telecomunicaciones individuales.

4. Banco de baterías

Esto es como una fuente de energía. Si la energía normal, desde la pared deja de funcionar, las baterías se activarán. Dale la energía necesaria para mantener todo funcionando. Las baterías enviarán energía a las cosas que la necesitan a través del sistema que distribuye la energía para que todo siga funcionando.

5. Unidad de Seguimiento y Gestión

Monitorea continuamente los parámetros del sistema, como voltaje, corriente, temperatura y estado del módulo, lo que permite una administración inteligente, alarmas, configuración de parámetros y comunicación remota.

2.2 Estándar de fuente de alimentación: -48V CC

La fuente de alimentación de CC de -48 V es la que utiliza la mayoría de la gente en el negocio de las telecomunicaciones. El Fuente de alimentación CC de 48V utiliza ** voltaje con conexión a tierra positiva** que es realmente bueno, por algunas razones:

• Seguridad

Cuando las personas tocan algo con un voltaje de 1,48 V, la corriente eléctrica llega al suelo por un lado. Esto ayuda a reducir el riesgo de sufrir una descarga eléctrica y también ayuda a minimizar el daño causado por la corrosión. El 1-48V es realmente bueno para mantener a las personas a salvo de las descargas eléctricas y también ayuda a evitar que se produzca corrosión.

• Resistencia a la corrosión

Usar conexión a tierra es una muy buena manera de evitar que se produzca corrosión electrolítica en cables de telecomunicaciones como las líneas de cobre que utilizamos. Esto ayuda a que los cables sean mucho más largos, lo cual es muy útil. La conexión a tierra positiva es muy eficaz para detener este tipo de corrosión en cables de telecomunicaciones, por lo que es algo que se puede utilizar.

• Compatibilidad histórica

Este estándar existe desde hace un tiempo para que las personas puedan estar seguras de que las cosas funcionarán juntas correctamente sin importar dónde se encuentren, en el mundo con todos los diferentes equipos de telecomunicaciones.

• Ventaja del nivel de voltaje

Cuando se comparan sistemas de -24 V con sistemas de -48 V, los sistemas de -48 V utilizan la mitad de corriente para obtener la cantidad de energía. Esto realmente reduce la pérdida de energía en las líneas y el tamaño de los conductores. Por eso los sistemas de -48V son tan buenos para equipos de telecomunicaciones que consumen mucha energía.

Este sistema está diseñado para funcionar con 48 voltios de corriente continua. También puede funcionar con equipos que utilicen 24 voltios de corriente. Esto es posible porque el sistema puede ajustar el voltaje del rectificador o utilizar un convertidor llamado convertidor CC a CC. El diseño del sistema se centra en 48 voltios de corriente.

3. Tecnologías básicas de módulos rectificadores

Los módulos rectificadores son realmente importantes, por cómo funciona un sistema, la cantidad de energía que puede manejar y qué tan bien sigue funcionando. Los rectificadores de telecomunicaciones modernos suelen tener una arquitectura de dos etapas:

• Front-end: Corrección del factor de potencia (PFC)
• Back-end: conversión CC/CC aislada

3.1 Front-End: Rectificación PWM de alta frecuencia

Los rectificadores de diodos tradicionales tienen un problema con una alta distorsión armónica y no usan energía de manera muy eficiente; el factor de potencia suele ser inferior a 0,7. Hoy en día, todos los rectificadores modernos utilizan la corrección del factor de potencia activo (APFC) para solucionar este problema. La corrección del factor de potencia activo (APFC) suele estar construida con Impulsa la topología del rectificador PWM*. Esto es lo que los rectificadores modernos se basan en la topología del rectificador Boost PWM.

Principio de funcionamiento

Lo que pasa con el control PWM de alta frecuencia de interruptores de alimentación como los MOSFET es que hace que la forma de onda de la corriente de entrada siga la forma de onda del voltaje de entrada. Esto significa que la forma de onda de la corriente de entrada comienza a parecerse a una forma, que está muy cerca de una onda perfecta. El control PWM de alta frecuencia de los interruptores de alimentación, como los MOSFET, es lo que hace que esto suceda.

Ventajas técnicas

• El factor de potencia es realmente bueno ahora es más de 0,99, lo que cumple con las reglas estrictas, para armónicos como IEC 61000-3-2. La mejora del factor de potencia es una gran oferta porque ayuda a que el factor de potencia cumpla con estas reglas.
• Salida estable de bus de CC de alto voltaje (normalmente 380-400 V CC) para una conversión óptima de CC/CC

Estrategia de control

La gente usa el control de modo actual y algunos métodos realmente interesantes como Space Vector PWM (SVPWM) para que las cosas funcionen mejor y más rápido. Esto ayuda a obtener una respuesta dinámica y una buena calidad de forma de onda. El Space Vector PWM (SVPWM) es especialmente útil para esto.

En sistemas como las estaciones de carga de vehículos eléctricos utilizamos algo llamado rectificadores PWM trifásicos de fuente de voltaje con control de doble bucle SVPWM. Esto ayuda a que las estaciones de carga de vehículos eléctricos tengan un funcionamiento de factor de potencia unitario. Un voltaje estable, en el sistema. El funcionamiento del factor de potencia unitario es realmente importante porque hace que el sistema funcione bien y ayuda a convertir la energía en el futuro.

3.2 Back-End: Conversión CC/CC de alta densidad « Topología resonante LLC

La etapa CC/CC convierte de manera eficiente y segura 400 voltios de corriente continua a los 48 V CC requeridos con aislamiento galvánico. Esto es realmente importante. Para obtener la eficiencia y la densidad de potencia, los convertidores resonantes LLC son ahora la opción estándar. Son mejores que los convertidores de puente completo de conmutación fuerte y cambio de fase. Utilizamos convertidores resonantes LLC porque funcionan bien.

3.2.1 Principios operativos de los convertidores resonantes LLC

Los convertidores LLC tienen una red que les ayuda a funcionar correctamente. Esta red se compone de dos bobinas y un condensador. Estas partes están conectadas de forma en configuración de medio puente o de puente completo. Los convertidores LLC utilizan esta configuración para funcionar. Las bobinas y el condensador, en los convertidores LLC, trabajan juntos para formar la red.

• Lr: Inductor resonante serie
• Cr: Condensador resonante
• Lm: Inductancia magnetizante (a menudo integrada con inductancia de fuga del transformador)

Características de conmutación suave

• El ZVS (conmutación de voltaje cero) en los interruptores realmente ayuda a reducir las pérdidas que ocurren cuando se encienden. Este es un trato porque hace que el ZVS (conmutación de voltaje cero) sea útil. El ZVS (conmutación de voltaje cero) es importante aquí porque ayuda a los interruptores.
• La función ZCS (conmutación de corriente cero) en los rectificadores elimina las pérdidas que ocurren cuando la corriente cambia de dirección y también detiene los grandes picos de voltaje que pueden ocurrir. Esto es de ayuda para el sistema ZCS (conmutación de corriente cero) porque lo hace funcionar de manera más eficiente. El ZCS (conmutación de corriente cero) es realmente importante aquí.

Estas características hacen posible que el sistema funcione en frecuencias de cientos de kHz a MHz. Esto es realmente bueno porque el sistema puede lograr eficiencias máximas superiores a 95%. Esto significa que la densidad de potencia es mucho mayor. El sistema puede hacer mucho más con la cantidad de energía gracias a estas características. Las frecuencias de cientos de kHz a MHz y las eficiencias máximas superiores a 95% son muy importantes para el sistema.

3.2.2 Modos de funcionamiento y estrategias de control

La ganancia de voltaje de un convertidor LLC depende realmente de la relación entre la frecuencia de conmutación, que es la fs y la frecuencia de resonancia, que es la fr. Esta relación es muy importante para el convertidor LLC. El , fs y el fr son las dos cosas que afectan la ganancia de voltaje del convertidor LLC.

1. Control de Frecuencia Variable (PFM)

• Tensión de salida regulada por cambio de fs
• fs = fr → ganancia unitaria y mayor eficiencia
• fs 1 para condiciones de bajo insumo
• Ideal para amplios rangos de voltaje de entrada pero complica el diseño magnético

2. Control PWM de frecuencia fija

• Frecuencia de conmutación fija cerca de fr
• Tensión regulada por ciclo de trabajo (desplazamiento de fase o PWM asimétrico)
• Simplifica el diseño magnético y EMI
• Adecuado para sistemas de telecomunicaciones con rangos de voltaje de entrada estrechos

Los estudios han encontrado que cuando utilizamos convertidores LLC de puente completo con control PWM funcionan bien. Pueden regular bien la energía y son fáciles de usar. Por ejemplo, si tenemos un convertidor LLC de puente completo que usa control PWM, puede funcionar bien con entrada de 390 V y salida de 60 V/60 A. Esto se debe a que los convertidores LLC de puente completo usan control PWM. Son buenos para regular la energía cuando tenemos entrada de 390V y salida de 60V/60A.

3. Modo de control híbrido

• Combina ventajas de PFM y PWM
• PFM a entrada nominal para máxima eficiencia
• Pwm asimétrico para operación de refuerzo bajo voltaje de entrada bajo
• Pwm simétrico bajo alta entrada o carga ligera para mantener ZVS/ZCS

Esta estrategia híbrida realmente ayuda a que el sistema funcione mejor y aprovecha al máximo la potencia que tiene sin importar lo que se le pida. La estrategia híbrida garantiza que el sistema sea eficiente y tenga mucha densidad de potencia todo el tiempo sin importar para qué se utilice la estrategia híbrida. La estrategia híbrida es buena porque siempre da resultados.

3.2.3 Integración Magnética y Control Digital

• Integración magnética

Cuando se combina el Lr y la inductancia de fuga de un transformador o se juntan el Lr, el Lm y el transformador en una estructura magnética, las cosas se hacen mucho más pequeñas y se reducen las pérdidas. Algunos buenos diseños pueden obtener una eficiencia de más del 92 por ciento en prototipos pequeños que utilizan 96 vatios de potencia. El Lr y el transformador son realmente importantes en estos diseños.

• Control Digital

Los controladores de energía digitales como el UCD3138 nos dan mucho control sobre cómo funcionan las cosas. Podemos usarlos para crear algoritmos de control flexibles. También nos ayudan a obtener compensación de bucle y compartir corriente.. Tienen funciones de comunicación y protección contra fallas. Todas estas cosas juntas hacen que el sistema sea mucho más inteligente y consistente. Los controladores de energía digitales realmente marcan la diferencia en el funcionamiento del sistema.

4. Algoritmos de gestión y cálculo de la capacidad de la batería

Las baterías son la salvaguardia final para la energía ininterrumpida de las telecomunicaciones. El tamaño preciso de la capacidad y la gestión inteligente son fundamentales.

4.1 Métodos de cálculo de la capacidad de la batería

Necesitamos descubrir cómo necesitamos la energía de la batería para mantener nuestro sistema funcionando durante un cierto período de tiempo. El objetivo es determinar la capacidad de la batería, en amperios hora, que se requiere para soportar la carga del sistema durante una duración de respaldo específica. Estamos hablando de la capacidad de la batería aquí y queremos saber cuántos amperios hora de capacidad de la batería se necesitan.

4.1.1 Método de corriente constante (Método Kissock)

Fórmula:

C = (I × T) / [η × (Kt × Ka × Kc)]

Unde:

• C: Capacidad requerida de la batería (Ah, normalmente C10)
• I: Cargar corriente (A)
• T: Tiempo de copia de seguridad (h)
• η: Coeficiente de capacidad de descarga
• Kt: Factor de corrección de temperatura
• Ka: factor de envejecimiento (normalmente 1,25)
• Kc: Factor de margen de diseño

Ventajas: Sencillo e intuitivo

Limitaciones: Esto no tiene en cuenta el aumento de corriente que ocurre cuando se utilizan cargas de potencia constante. Las cargas de potencia constante son un tipo de carga que utiliza cargas de potencia constante. Entonces, cuando hablamos de cargas de potencia constante, debemos recordar que esto tiene un problema con ellas. Simplemente no tiene en cuenta el aumento de corriente bajo estas cargas de potencia constante.

4.1.2 Método de potencia constante

Esto es realmente bueno para equipos de telecomunicaciones. Los equipos de telecomunicaciones suelen funcionar todo el tiempo con la energía encendida. Los equipos de telecomunicaciones coinciden, porque funcionan con energía constante.

Pasos:

1. Determinar la potencia de carga total (P)
2. Calculați puterea celului:

P_cell = P / (N × η_inv)

3. Consulte las tablas de descarga de energía constante de la batería para seleccionar la capacidad adecuada

Ventajas: Mayor precisión

Aplicación: Método preferido para redes centrales y centros de datos

4.1.3 Método de curva de descarga (más preciso)

Utiliza modelos de batería precisos (por ejemplo, modelos Shepherd o Unnewehr) para simular un comportamiento de descarga real.

Ventajas: Máxima precisión

Aplicación: Sistemas avanzados de gestión de baterías (BMS), SOH y verificación de capacidad

4.2 Gestión Inteligente de Baterías

Hoy en día, los sistemas modernos han cambiado para incluir la gestión del estado de la batería. Esto significa que los sistemas modernos se encargan del estado de la batería. Los sistemas modernos están haciendo un trabajo de gestión de la duración de la batería y esto es algo bueno para los sistemas modernos y el estado de su batería.

• Carga inteligente multietapa con compensación de temperatura
• Monitoreo en tiempo real de voltaje, corriente, temperatura y resistencia interna
• predicción de SOH y vida útil restante (RUL)
• Verificación de capacidad online mediante pruebas de descarga controlada

5. Monitoreo e Inteligencia del Sistema

La unidad de monitoreo es, como el cerebro del sistema de energía de telecomunicaciones: ayuda a controlarlo todo. El sistema de energía de telecomunicaciones depende de la unidad de monitoreo para funcionar correctamente. La unidad de monitoreo es una parte importante del sistema de energía de telecomunicaciones.

• Tres Funciones Remotas: Telemetría, señalización y control remoto
• Gestión de la Eficiencia Energética: Optimización de carga y suspensión inteligente de módulos
• Mantenimiento predictivo: alerta temprana de degradación de componentes
• Integración con sistemas de monitoreo de sitios: a través de protocolos RS485, SNMP o IoT

6. Conclusión y perspectivas futuras

Este documento le informa todo sobre los sistemas de energía de telecomunicaciones de -48V. Entra en detalles sobre los sistemas de energía de telecomunicaciones de -48V. Novedades de los rectificadores y baterías, en estos sistemas de energía de telecomunicaciones de -48V.

Algunas cosas importantes que están sucediendo ahora con tendencias clave incluyen:

• Eficiencia ultraalta (>98%)
• Densidad de potencia ultraalta (>50W/in³)
• Control e inteligencia totalmente digitales

En el futuro se fabricarán cosas nuevas utilizando semiconductores de banda prohibida ancha (GaN, SiC). Esto ayudará a que los semiconductores de banda prohibida ancha (GaN, SiC) funcionen muy rápido, como en niveles de MHz. También utilizará inteligencia para hacer que los semiconductores de banda prohibida ancha (GaN, SiC) funcionen mejor con energía.

Los sistemas de energía de las telecomunicaciones serán más simples e inteligentes con el tiempo. Serán más fiables y utilizarán energía. Los sistemas de energía de las telecomunicaciones también podrán arreglarse solos cuando algo salga mal. Esto ayudará a crear una base para nuestra sociedad digital. Los sistemas de energía de telecomunicaciones son realmente importantes para ello. Necesitan ser simples, inteligentes y sostenibles para funcionar bien.