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磁电产业助力智慧城市和5G开发

2020-01-11宋兴连

软件和集成电路 2020年12期
关键词:路灯能耗基站

春光科技的产品聚焦于5G微站电源、大功率LED驱动电源、高脉冲电源、65W氮化镓快充等领域,致力于实现在各种领域应用中电源使用的降本增效。

—春光科技集团有限公司总工程师宋兴连

我今天希望和大家分享的是磁电产业对于智慧城市、5G、智能工厂带来的帮助。我们的企业涵盖了信息材料、元件、气件、磁性材料等四大产业板块,产品广泛应用于5G通信、智慧城市、新能源汽车、医疗器械等新兴产业领域。

春光科技的智能制造部门开发了自己的MES,也建设了一些自有体系。我们的第一个产品是软磁铁氧体颗粒料,年产量8万吨,占全国的15%,是目前世界领先的专业颗粒料制造商。第二个产品是磁心。第三个产品是电子元器件。第四个产品是电源,主要包括:一是5G微站电源,因为它的辐射范围比较小;二是大功率LED驱动电源,主要应用在一些功率比较大的灯源上;三是高脉冲电源,电压较高,主要应用在如油烟机等电压捕捉微尘的产品上;四是65W氮化镓快充,第三代芯片主要由氮化镓构成,手机充电速度非常快,能够达到65W。

而在智慧城市方面,我们也有很多应用,如智慧路灯。路灯适合作为智慧城市设备安装的载体,一方面路灯的分布密度非常大,遍及几乎所有的城市道路,且路灯较高,视野宽阔,供电比较方便。另一方面,路灯的运营本就需要供电,我们无需再为智慧城市的建设增加额外的供电设施。因此,我们安装了配置各类智慧城市设备的照明路灯杆—智慧灯杆。智慧灯杆作为智慧城市的重要组成部分,是智慧城市系统有效的前端硬件设备,是建设智慧城市和构建城市物联网的基础。目前的智慧路灯已经可以实现照明、信息发布、视频监控、无线网络、充电桩、紧急呼叫等功能。智慧路灯可以作为广告发布平台,在地震频发的地区也可以设置为地震报警器。无线网络可以助力安防,通过智能人脸识别系统发现违法犯罪行为。路灯之中也设有WiFi、基站、大量传感器,还有采集空气状况、噪声、温度等其他方面的功能。灯杆中设有视频监控、紧急呼叫功能,当我们遇到紧急问题时,可以通过它来报警。智慧路灯等还可以设置充电桩,给小型的电动车充电。由此可见,智能路灯负载了很多衍生功能。通过与希曼电子的合作,我们完成了這套体系—从数据收集到数据基站返回到云服务,再回到手机App,最终通过PC终端实现信号反馈、工作执行。智能路灯系统是智慧城市系统的一部分,主要是基于物联网实现路灯监控自动化、数据汇总系统化、巡查报警信息化等。目前我们采用单灯控制器+LED调光电源的硬件模式,已经将产品批量上市,LED智控电源(内置物联网模块)正在开发,软件系统已经投入运营。智慧城市系统的其他模块,正在逐步叠加到公司自主的软件系统中。

我们的产品还涉及5G基站建设,5G技术发展的最大的受益方是国家电网。一方面单个5G基站和4G基站的功耗相比,大概高了2.5~3.5倍;另一方面,5G波长较短,辐射范围较小,与4G相比,要增加基站数量。综合这两个因素,5G基站的整体功耗大概是4G的6~9倍。因此华为设计了新算法,其原理类似于变频空调:通过的数据量少,基站就适量关闭,数据量多基站开放较多,但这个方法没有解决根本问题。5G基站能耗高是因为芯片计算量非常大,5G频率提高,大部分的配套设备都要随之提高频率,能耗就会增多。5G微基站的电路板中除去电容,其他组件大都需要磁性材料,而除芯片以外,磁性材料耗能也很大,因此,合适的磁性材料十分重要。

因此我们与华为进行了大范围的合作,希望从硬件角度解决这一问题。现在我们每个月供给华为400~500吨相关的磁性材料。

华为从前使用的材料是CP95材料,但5G广泛应用以后出了一些问题,CP95材料能耗太高,导致移动通信公司不想提供5G服务。我们与华为进行了配合,开发CP96D材料,根据使用场景,探究能耗高的原因。其中有两点:一是CP95材料在高温条件下能耗较高,在夏天,密闭空间中温度较高,导致能耗非常高,这就是数据增多时能耗特别高的原因,这种情况下,能耗高是不可控的。二是要想降低能耗,就要增大芯片的体积,提高工作频率。因此我们开发出中频宽温低功耗CP96D材料来替代CP95,工作频率从100K提高到300K,同样的功率输出,电源器件体积可以减少25%左右,系统效率提高到98%,能耗降低15%以上,可以有效满足5G基站对电源系统小体积、高效率、大功率输出的要求。

5G通信需要以微波作为传输手段,因此微波铁氧体环形器、隔离器是不可缺少的基本器件。该技术的关键是使用一种小线宽、低损耗且更合适的4πMs的微波铁氧体材料,以保证更好的通信质量。如今,最普遍的制造5G所需的微波铁氧体材料的方法,是由约为1800Gs的石榴石材料生产。这一材料烧结温度高(1500℃~1600℃),器件加工精度高(以微米计),须与其他陶瓷材料一起装配,生产难度非常大。为了推广使用范围,我们与电子科技大学合作,研究射频复合大功率材料。我们的目标产品—射频软磁铁氧体材料及系列磁心是各类环形器、隔离器、滤波器的核心元件,应用于5G通信、雷达、卫星等领域。这一领域的产品目前主要由日本TDK公司等国际大公司规模生产,我们正在积极实现产品的本土化。

(根据演讲内容整理,未经本人审核)

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