[技术闲谈]通信电源为什么使用直流-48V供电

luojieo

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。