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淺析通信電源中的開關電源
摘要：通信電源是通信行業(yè)的動力，在電信網絡中發(fā)揮著不可替代的作用，具有無可比擬的重要基礎地位，通信電源的安全可靠是保證通信系統正常運行的重要條件。
關鍵詞：通信電源 開關 技術
0 引言
通信電源是通信行業(yè)的動力，在電信網絡中發(fā)揮著不可替代的作用，具有無可比擬的重要基礎地位。通信電源又是通信設備系統的心臟，即使是瞬間的中斷也是不允許的，因為通信電源系統發(fā)生直流供電中斷故障是災難性的，往往會造成整個通信局（站）和通信網絡的全部中斷和癱瘓。通信電源是電信網絡中不可缺少的重要組成部分，是一個完整、規(guī)模日趨龐大和復雜的交換、傳輸、數據、信息、業(yè)務、智能等通信網的基石和后臺保障，因此通信電源直接關系到整個網絡的穩(wěn)定、可靠和暢通，而開關電源因效率高、體積小、重量輕等優(yōu)點被大量運用在通信設備供電中。
1 開關電源占據通信電源的主導地位
通信直流穩(wěn)壓電源按照其實現直流穩(wěn)壓方法的不同，可分為：線性電源、相控電源和開關電源三種。
1.1 線性電源是通過串聯調整管來連續(xù)控制，其功率調整管總是工作在放大區(qū)。由于調整管上功率損耗很大，造成電源效率較低，只有20～40%，發(fā)熱損耗嚴重，安裝有體積很大的散熱器，因而功率體積系數只有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，如通信設備內部電路的輔助電源等。
1.2 相控電源是將市電直接經整流濾波后提供直流，通過改變晶閘管的導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，造成對電網干擾和負載變化的響應慢，設備笨重，且危害維護人員的身體健康。另外，其功率因數較低，只有0.6～0.7，嚴重污染電力電網，效率較低，只有60～80%，造成能源的極大浪費。因此傳統的相控電源已逐漸被淘汰。
1.3 開關電源的功率調整管工作在開關狀態(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，可與通信設備放在同一機房。效率高，大于90%，在當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。功率因數高，大于0.92，當采用有效的功率因數校正電路時，功率因數可接近于1，且對公共電網基本上無污染。模塊化的設計，可實行N+1配置，可靠性高。維護方便，可在運行中更換模塊，而不影響系統供電，擴容方便、分段投資，可在初建時，預留終期模塊的機架，隨時擴容。調試方便，內設模擬測試電路，無需另配假負載。具有監(jiān)控功能，并配有標準通信接口，可實現集中監(jiān)控，無人值守。
2 開關電源的關鍵技術
開關電源中具有技術突破主要有體現在以下四個方面：
2.1 均流技術
大功率電源系統需要用若干臺開關電源并聯，以滿足負載功率的要求，另外通信電源必須通過并聯技術來實現模塊備份，以提高電源系統的可靠性。因此并聯技術在供電系統中必不可少，而并聯運行的整流模塊間需要采用均流措施，它是實現大功率電源系統的關鍵，用以保證模塊間電流應力和熱應力的均勻分配，防止一臺或多臺模塊運行在限流或滿載狀態(tài)，同時延長電源系統的壽命和平均無故障時間。
2.2 軟開關技術
DC-DC變換器是開關電源的主要組成部分，因此功率變換技術一直受到全世界電力電子學科和行業(yè)研究的關注。而如何降低開關損耗，提高開關電源的頻率和開關電源的系統效率，代表了開關電源的發(fā)展趨勢。在經過了硬開關PWM（或PFM）技術和硬開關加吸收網絡技術后，軟開關技術得到了廣泛應用。這樣能夠極大地降低開關損耗，減小功率器件電和熱應力，改善器件工作環(huán)境，降低電磁干擾，提高功率密度等，為開關電源實現高效、節(jié)能、體積小、重量輕和高可靠性的要求做出了貢獻。軟開關技術有：諧振技術、準諧振技術、PWM和準諧振相結合的技術。
2.3 功率因數校正技術
功率因數校正技術有：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，功率因數可達0.86以上；采用無源功率因數校正技術，即在三相三線整流方式下加入一定的電感，可使功率因數達0.93以上，諧波含量降到10%以下；采用有源功率因數校正技術，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，功率因數可達0.99以上，諧波含量降到5%以下。
2.4 智能化監(jiān)控技術
開關電源大量應用控制技術、計算機技術，進行各種異常保護、信號檢測、電池自動管理等，實時監(jiān)視通信電源設備運行狀態(tài)，記錄和處理有關數據，及時發(fā)現故障，以先進的、集中的、自動化的維護管理方式來管理通信電源設備，從而提高供電系統的可靠性。智能化監(jiān)控技術的應用，使得維護人員面對的不再是復雜的器件和電路，而是一個人機表達和交流的信息，大大改進了維護管理方式。
3 開關電源的發(fā)展
開關電源在發(fā)展，今后仍要不斷提高開關電源和供電系統的高新技術含量，以支撐高速發(fā)展的現代化通信網絡的建設和運行維護管理為主導方向，以高可靠性、高穩(wěn)定性和可維護性為最終目的。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用，要求開關電源也相應小型化，而開關電源工作頻率高頻化和控制電路集成化，使開關電源的小型化成為可能。特別是隨著小型化開關電源的市場迅速擴大，如接入網、數據產品、移動基站、無線市話等，一些小功率模塊插件形式的開關電源將應運而生，大有蓬勃發(fā)展之勢。如中興通訊的ZXDU45嵌入式電源，在結構上采用標準的19英寸插框設計，高度為4U，功能齊全，使用起來極為安全方便。
3.2 高智能化
隨著開關電源在通信領域多方面的廣泛使用，而維護人員又不是專業(yè)電源維護人員，只有借助其智能化，對電源設備的運行狀態(tài)自動檢測，對電源故障及時發(fā)現、診斷和處理。這就要求智能化在原有監(jiān)控功能的基礎上，增加診斷功能，即故障診斷專家系統，以指導維護人員處理問題，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中的重要性，要求開關電源應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、溫度補償、電池保護等方面的管理，還要在電池的充/放電曲線、容量測試、容量恢復等方面進行高層次的管理。
3.4 多功能性
開關電源的設計應有更大的靈活性、自由度，功能強大，以滿足不同設備、不同用戶、不同環(huán)境對供電的要求。而實現某一功能是通過安裝電路板（或功能塊）來完成，這類似于計算機的硬件擴充（如需要上網，只要安裝網卡即可完成）。這樣用戶可根據實際情況合理控制建設資金，開關電源運營商可根據要求制定合理的競爭價格，最終達到用戶和開關電源運營商"雙贏"的目標。
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