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淺析通信電源中的開關(guān)電源
摘要：通信電源是通信行業(yè)的動力，在電信網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮著不可替代的作用，具有無可比擬的重要基礎(chǔ)地位，通信電源的安全可靠是保證通信系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要條件。
關(guān)鍵詞：通信電源 開關(guān) 技術(shù)
0 引言
通信電源是通信行業(yè)的動力，在電信網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮著不可替代的作用，具有無可比擬的重要基礎(chǔ)地位。通信電源又是通信設(shè)備系統(tǒng)的心臟，即使是瞬間的中斷也是不允許的，因為通信電源系統(tǒng)發(fā)生直流供電中斷故障是災(zāi)難性的，往往會造成整個通信局（站）和通信網(wǎng)絡(luò)的全部中斷和癱瘓。通信電源是電信網(wǎng)絡(luò)中不可缺少的重要組成部分，是一個完整、規(guī)模日趨龐大和復(fù)雜的交換、傳輸、數(shù)據(jù)、信息、業(yè)務(wù)、智能等通信網(wǎng)的基石和后臺保障，因此通信電源直接關(guān)系到整個網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定、可靠和暢通，而開關(guān)電源因效率高、體積小、重量輕等優(yōu)點被大量運(yùn)用在通信設(shè)備供電中。
1 開關(guān)電源占據(jù)通信電源的主導(dǎo)地位
通信直流穩(wěn)壓電源按照其實現(xiàn)直流穩(wěn)壓方法的不同，可分為：線性電源、相控電源和開關(guān)電源三種。
1.1 線性電源是通過串聯(lián)調(diào)整管來連續(xù)控制，其功率調(diào)整管總是工作在放大區(qū)。由于調(diào)整管上功率損耗很大，造成電源效率較低，只有20～40%，發(fā)熱損耗嚴(yán)重，安裝有體積很大的散熱器，因而功率體積系數(shù)只有20～30W/dm3。因此線性電源主要用于小功率、對穩(wěn)壓精度要求很高的場合，如通信設(shè)備內(nèi)部電路的輔助電源等。
1.2 相控電源是將市電直接經(jīng)整流濾波后提供直流，通過改變晶閘管的導(dǎo)通相位來控制直流電壓。由于相控電源的工作頻率低，工頻變壓器的體積和噪聲大，造成對電網(wǎng)干擾和負(fù)載變化的響應(yīng)慢，設(shè)備笨重，且危害維護(hù)人員的身體健康。另外，其功率因數(shù)較低，只有0.6～0.7，嚴(yán)重污染電力電網(wǎng)，效率較低，只有60～80%，造成能源的極大浪費(fèi)。因此傳統(tǒng)的相控電源已逐漸被淘汰。
1.3 開關(guān)電源的功率調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，主要的優(yōu)點在"高頻"上。其工作頻率高，大都在40kHz以上，無煩人的噪聲。體積小，重量輕，適用于分散供電，可與通信設(shè)備放在同一機(jī)房。效率高，大于90%，在當(dāng)前能源比較緊張的情況下，能夠在節(jié)能上做出很大的貢獻(xiàn)。功率因數(shù)高，大于0.92，當(dāng)采用有效的功率因數(shù)校正電路時，功率因數(shù)可接近于1，且對公共電網(wǎng)基本上無污染。模塊化的設(shè)計，可實行N+1配置，可靠性高。維護(hù)方便，可在運(yùn)行中更換模塊，而不影響系統(tǒng)供電，擴(kuò)容方便、分段投資，可在初建時，預(yù)留終期模塊的機(jī)架，隨時擴(kuò)容。調(diào)試方便，內(nèi)設(shè)模擬測試電路，無需另配假負(fù)載。具有監(jiān)控功能，并配有標(biāo)準(zhǔn)通信接口，可實現(xiàn)集中監(jiān)控，無人值守。
2 開關(guān)電源的關(guān)鍵技術(shù)
開關(guān)電源中具有技術(shù)突破主要有體現(xiàn)在以下四個方面：
2.1 均流技術(shù)
大功率電源系統(tǒng)需要用若干臺開關(guān)電源并聯(lián)，以滿足負(fù)載功率的要求，另外通信電源必須通過并聯(lián)技術(shù)來實現(xiàn)模塊備份，以提高電源系統(tǒng)的可靠性。因此并聯(lián)技術(shù)在供電系統(tǒng)中必不可少，而并聯(lián)運(yùn)行的整流模塊間需要采用均流措施，它是實現(xiàn)大功率電源系統(tǒng)的關(guān)鍵，用以保證模塊間電流應(yīng)力和熱應(yīng)力的均勻分配，防止一臺或多臺模塊運(yùn)行在限流或滿載狀態(tài)，同時延長電源系統(tǒng)的壽命和平均無故障時間。
2.2 軟開關(guān)技術(shù)
DC-DC變換器是開關(guān)電源的主要組成部分，因此功率變換技術(shù)一直受到全世界電力電子學(xué)科和行業(yè)研究的關(guān)注。而如何降低開關(guān)損耗，提高開關(guān)電源的頻率和開關(guān)電源的系統(tǒng)效率，代表了開關(guān)電源的發(fā)展趨勢。在經(jīng)過了硬開關(guān)PWM（或PFM）技術(shù)和硬開關(guān)加吸收網(wǎng)絡(luò)技術(shù)后，軟開關(guān)技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。這樣能夠極大地降低開關(guān)損耗，減小功率器件電和熱應(yīng)力，改善器件工作環(huán)境，降低電磁干擾，提高功率密度等，為開關(guān)電源實現(xiàn)高效、節(jié)能、體積小、重量輕和高可靠性的要求做出了貢獻(xiàn)。軟開關(guān)技術(shù)有：諧振技術(shù)、準(zhǔn)諧振技術(shù)、PWM和準(zhǔn)諧振相結(jié)合的技術(shù)。
2.3 功率因數(shù)校正技術(shù)
功率因數(shù)校正技術(shù)有：采用三相三線制整流，即無中線整流方式，可使諧波含量大大降低，功率因數(shù)可達(dá)0.86以上；采用無源功率因數(shù)校正技術(shù)，即在三相三線整流方式下加入一定的電感，可使功率因數(shù)達(dá)0.93以上，諧波含量降到10%以下；采用有源功率因數(shù)校正技術(shù)，即在輸入整流部分加入一級功率處理電路，使無功功率幾乎為0，功率因數(shù)可達(dá)0.99以上，諧波含量降到5%以下。
2.4 智能化監(jiān)控技術(shù)
開關(guān)電源大量應(yīng)用控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)，進(jìn)行各種異常保護(hù)、信號檢測、電池自動管理等，實時監(jiān)視通信電源設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，記錄和處理有關(guān)數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)故障，以先進(jìn)的、集中的、自動化的維護(hù)管理方式來管理通信電源設(shè)備，從而提高供電系統(tǒng)的可靠性。智能化監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用，使得維護(hù)人員面對的不再是復(fù)雜的器件和電路，而是一個人機(jī)表達(dá)和交流的信息，大大改進(jìn)了維護(hù)管理方式。
3 開關(guān)電源的發(fā)展
開關(guān)電源在發(fā)展，今后仍要不斷提高開關(guān)電源和供電系統(tǒng)的高新技術(shù)含量，以支撐高速發(fā)展的現(xiàn)代化通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)管理為主導(dǎo)方向，以高可靠性、高穩(wěn)定性和可維護(hù)性為最終目的。具體有以下幾個方面：
3.1 小型化
隨著通信設(shè)備日益集成化、小型化和分散化的發(fā)展，以及勢在必行的分散供電的廣泛應(yīng)用，要求開關(guān)電源也相應(yīng)小型化，而開關(guān)電源工作頻率高頻化和控制電路集成化，使開關(guān)電源的小型化成為可能。特別是隨著小型化開關(guān)電源的市場迅速擴(kuò)大，如接入網(wǎng)、數(shù)據(jù)產(chǎn)品、移動基站、無線市話等，一些小功率模塊插件形式的開關(guān)電源將應(yīng)運(yùn)而生，大有蓬勃發(fā)展之勢。如中興通訊的ZXDU45嵌入式電源，在結(jié)構(gòu)上采用標(biāo)準(zhǔn)的19英寸插框設(shè)計，高度為4U，功能齊全，使用起來極為安全方便。
3.2 高智能化
隨著開關(guān)電源在通信領(lǐng)域多方面的廣泛使用，而維護(hù)人員又不是專業(yè)電源維護(hù)人員，只有借助其智能化，對電源設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)自動檢測，對電源故障及時發(fā)現(xiàn)、診斷和處理。這就要求智能化在原有監(jiān)控功能的基礎(chǔ)上，增加診斷功能，即故障診斷專家系統(tǒng)，以指導(dǎo)維護(hù)人員處理問題，加快故障診斷和檢修過程。
3.3 電池管理
電池在通信電源系統(tǒng)中的重要性，要求開關(guān)電源應(yīng)具備完善的電池管理功能，充分考慮到電池對管理的需求，全方位地管理電池。也就是說，我們不能滿足于對電池的均/浮充、溫度補(bǔ)償、電池保護(hù)等方面的管理，還要在電池的充/放電曲線、容量測試、容量恢復(fù)等方面進(jìn)行高層次的管理。
3.4 多功能性
開關(guān)電源的設(shè)計應(yīng)有更大的靈活性、自由度，功能強(qiáng)大，以滿足不同設(shè)備、不同用戶、不同環(huán)境對供電的要求。而實現(xiàn)某一功能是通過安裝電路板（或功能塊）來完成，這類似于計算機(jī)的硬件擴(kuò)充（如需要上網(wǎng)，只要安裝網(wǎng)卡即可完成）。這樣用戶可根據(jù)實際情況合理控制建設(shè)資金，開關(guān)電源運(yùn)營商可根據(jù)要求制定合理的競爭價格，最終達(dá)到用戶和開關(guān)電源運(yùn)營商"雙贏"的目標(biāo)。
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