通信電源為什么使用直流-48V供電？

歷史上，通信行業(yè)設(shè)備一直使用-48V直流供電。-48V也就是正極接地。

如果百度搜索這個話題，總會出現(xiàn)約定俗成或者“空氣中有大量的負(fù)電荷，根據(jù)電化學(xué)知識，正極接地可以吸附空氣中的負(fù)離子，從而保護(hù)電信設(shè)備的外殼不被銹蝕”這類解釋，頗為模糊。本人通信專業(yè)畢業(yè)，雖然化學(xué)是體育老師教的，但還是忍不住聊一聊這個反直覺的(負(fù)電源)設(shè)定緣由，不一定嚴(yán)謹(jǐn)，歡迎拍磚。

電話時代，-48V電源應(yīng)用于局端向固定電話饋電。假設(shè)電話局匯聚點(diǎn)至用戶這段鏈路，上天下地，水汽彌漫，各種端接點(diǎn)和線纜本身絕緣不佳,這是很常見的情況，比如位于一些潮濕的管弄或人孔里。48V的電壓，足夠?qū)λM(jìn)行電解，電解過程是正極析氧，負(fù)極析氫，正極金屬材料的氧化反應(yīng)會相當(dāng)嚴(yán)重。由于接地的存在，假設(shè)負(fù)極接地，則負(fù)極與大地?zé)o電勢，正極出現(xiàn)+48V電勢，則正極析氧后快速氧化。反之，正極接地，正極與大地?zé)o電勢差，負(fù)極電解水后析氫。至于漏電流的回流路徑，可以走大地或正極線纜，取決于回流阻抗大小。總之，正極接地對線纜等金屬導(dǎo)體的腐蝕遠(yuǎn)小于負(fù)極接地。通信電源使用負(fù)電源系統(tǒng)似乎還是很有道理的。

順便聊聊為什么使用48V的電壓? 大致上電壓再高，不夠安全，對線纜絕緣等級要求高，潮濕環(huán)境容易出現(xiàn)擊穿問題。電壓低了電流大，也不合適。另外，考慮到使用鉛酸電池的不間斷供電系統(tǒng)，48V正好是12.2V蓄電池單元，對于小容量系統(tǒng)，使用12V電池，則只需4只。串?dāng)?shù)合理電池組容易均衡?？傊?，算是綜合各方考慮的結(jié)果。

-48V供電系統(tǒng)中，交流市電經(jīng)低配，使用開關(guān)電源變換至直流54.5-55V，對蓄電池浮充，同時輸出給設(shè)備供電。簡單明了。

關(guān)于54V左右的電壓，主要由鉛酸電池浮充電壓，2.2V左右每格，決定的?？紤]到電池的充放電平臺，設(shè)備實(shí)際的允許輸入電壓范圍一般比較廣，至少達(dá)到-40V~-57V正常工作。通常極限為-36V~-62V。當(dāng)然近年鋰電池在通信行業(yè)中也有使用，不詳寫了。

對于IT行業(yè)的數(shù)據(jù)中心而言，一般常用AC110或220供電，幾乎見不到-48V供電的設(shè)備。究其原因，主要是IT設(shè)備從計算機(jī)這類設(shè)備演進(jìn)而來，沒有使用直流供電的歷史。另外，IT設(shè)備功率密度日益增長，功率密度每U 200瓦，或每架5000瓦已比較常見。近年高密度數(shù)據(jù)中心每架9kw，有些設(shè)備在15U左右的機(jī)箱中設(shè)計了10KW以上的功率容量。在如此密度下，使用48V的供電電壓，具備數(shù)百安培過流能力的電力配線、端子，亦有相當(dāng)?shù)膶?shí)現(xiàn)難度。

使用交流供電，作為可靠性要求，總是需要部署不間斷電源系統(tǒng)，這樣帶來的問題在于： 能源效率低，AC市電經(jīng)AC-DC變換，至300-400V左右的直流，對蓄電池組進(jìn)行浮充(或維持飛輪運(yùn)行，用于飛輪UPS)，然后進(jìn)行DC-AC逆變，至設(shè)備。設(shè)備電源再次進(jìn)行AC-DC(APFC)/DC-DC變換，至目標(biāo)電壓。即使每次變換效率都達(dá)到92%的高水準(zhǔn)，總體效率也不到85%;另外UPS建設(shè)成本高;交流系統(tǒng)中同時存在并網(wǎng)困難的問題。

近年，高壓直流供電是數(shù)據(jù)中心能源行業(yè)比較熱的趨勢，使用240-270左右的直流供電，建設(shè)成本低，能源效率高，意味著運(yùn)行開支的降低。隨著支援高壓直流供電的IT設(shè)備普及，應(yīng)該是一個發(fā)展方向。