通信電源是通信系統必不可少的重要組成部分，其設計目標是安全、可靠、高效、穩定、不間斷地向通信設備提供能源。通信電源必須具備智能集散監控、無(wú)人值守和電池自動(dòng)管理等功能，從而滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò )時(shí)代的需求。KVS帝國開(kāi)發(fā) KVS帝國開(kāi)發(fā) 　　一、開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展歷程KVS帝國開(kāi)發(fā) KVS帝國開(kāi)發(fā) 　  開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展經(jīng)歷了從線(xiàn)性電源、相控電源到開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展歷程，由于開(kāi)關(guān)電源具有功率轉換效率高、穩壓范圍寬、功率密度比大、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，從而取代了相控電源，成為通信電源的主體，并向著(zhù)高頻小型化、高效率、高可靠性的方向發(fā)展。計算機控制、計算機通信和計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的快速發(fā)展，為通信電源監控系統的發(fā)展和完善提供了外部條件，使其發(fā)展逐步實(shí)現少人值守，直至無(wú)人值守。KVS帝國開(kāi)發(fā) KVS帝國開(kāi)發(fā) 　　二、通信電源系統簡(jiǎn)介KVS帝國開(kāi)發(fā) KVS帝國開(kāi)發(fā) 　  通信電源系統按照容量可以劃分為：KVS帝國開(kāi)發(fā) 　 * 中小容量電源系統：輸出容量在300A以下，適用于模塊交換局、移動(dòng)基站、接入網(wǎng)等；KVS帝國開(kāi)發(fā) 　 * 中大容量電源系統：輸出容量為300~600A，適用于中小交換局、移動(dòng)基站、衛星通信站；KVS帝國開(kāi)發(fā) 　 * 大容量電源系統：輸出容量在600A以上，適用于大交換局、匯接局、長(cháng)途局和關(guān)口局等。KVS帝國開(kāi)發(fā) 圖1 通信電源系統組成框圖KVS帝國開(kāi)發(fā) KVS帝國開(kāi)發(fā) KVS帝國開(kāi)發(fā) 　   根據用戶(hù)實(shí)際需求，電源系統必須可以平滑擴容，通信電源系統可以做到20~6000A的平滑擴容。KVS帝國開(kāi)發(fā) 　   通信電源系統由交流配電、整流柜、直流配電和監控模塊組成，如圖1所示。集散式監控系統可將交流配電柜、直流配電柜和整流柜放在不同樓層，實(shí)現分散供電，進(jìn)行實(shí)時(shí)監控。交流配電柜主要完成市電輸入或油機輸入切換和交流輸出分配功能，要求采取必要的防護措施，交流配電柜一般具有三級防雷措施、單面操作維護、實(shí)時(shí)狀態(tài)顯示和告警等功能；直流配電柜主要完成直流輸出路數分配、電池接入和負載邊接等功能，一般要求可自由出線(xiàn)，可出面操作維護，可實(shí)現柜內并機和柜外并機，具有狀態(tài)顯示和告警功能，能檢測每一路熔斷器的通斷狀態(tài)；整流柜的主要功能是將輸入交流電轉換輸出為滿(mǎn)足通信要求的直流電源，它一般由多臺整流模塊并聯(lián)組成，共同分擔負載，并能良好地均分負載，單模塊故障不應影響系統工作。電源模塊采用低壓差自入均流技術(shù)，使模塊間的電流不均衡度小于3％，并具有輸出短路故障自動(dòng)恢復功能。KVS帝國開(kāi)發(fā) 　   監控模塊主要實(shí)現交流配電柜、直流配電柜和模塊監控，此外還要進(jìn)行電池自動(dòng)管理功能。KVS帝國開(kāi)發(fā) 　   通信電源系統作為通信網(wǎng)絡(luò )的能源供給者，除了必須具備可靠、穩定等基礎特性外，其電磁兼容設計、防護設計、可操作性和可維護性也是非常關(guān)鍵的因素。KVS帝國開(kāi)發(fā) KVS帝國開(kāi)發(fā) 　三、開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的現狀與發(fā)展趨勢KVS帝國開(kāi)發(fā) KVS帝國開(kāi)發(fā) 　  開(kāi)關(guān)電源的基本電路原理圖如圖2所示，它可分為主電路、控制電路、監控電路和輔助保護電路等。主電路由電網(wǎng)濾波、整流橋、PFC電路、DC/DC電路、輸出濾波電路組成；控制電路主要包括PWM脈沖信號或SPWN脈沖信號；監控電路一般包括CPU電路、通信接口、顯示電路等；輔助保護電路一般包括控制電路等供電輔助電源、輸入過(guò)／欠壓保護、輸出過(guò)／欠壓保護、過(guò)流保護、防雷保護和短路保護等。KVS帝國開(kāi)發(fā) KVS帝國開(kāi)發(fā) 圖2 開(kāi)關(guān)電源基本電路原理圖KVS帝國開(kāi)發(fā) KVS帝國開(kāi)發(fā) KVS帝國開(kāi)發(fā) 　  1．軟開(kāi)關(guān)技術(shù)KVS帝國開(kāi)發(fā) 　  軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)在于減少開(kāi)關(guān)損耗，提高效率，為進(jìn)一步提高變換頻率提供依據，還能大大減少電磁干擾。該技術(shù)常見(jiàn)的實(shí)現方法包括：緩沖電路、諧振環(huán)路和諧振開(kāi)關(guān)等，其基本思路是利用電感或電容等儲能元件，在開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)將電壓／電流轉移或諧振到零，從而實(shí)現零電壓或零電流開(kāi)關(guān)。KVS帝國開(kāi)發(fā) 　  軟開(kāi)關(guān)技術(shù)已有成熟產(chǎn)品在應用，如零電壓零電流（ZVZCS）全橋移相變換器已應用于通信模塊電源，效率高達93％；邊緣諧振全橋變換電路也已應用于通信電源模塊。KVS帝國開(kāi)發(fā) 　 2．PFC電路KVS帝國開(kāi)發(fā) 　  傳統的電力電子設備（包括電源），會(huì )對周?chē)�的電子設備產(chǎn)生危害，并對電網(wǎng)產(chǎn)生諧波污染。一方面，它們會(huì )產(chǎn)生二次效應，當電流渡過(guò)線(xiàn)路阻抗時(shí)，造成諧波電壓降，使電網(wǎng)電壓產(chǎn)生畸變；另一方面，它們還會(huì )造成電路故障，損壞變電設備，如變壓器過(guò)熱、LC振蕩、高次諧波電流渡過(guò)電容，誘使其過(guò)熱爆炸。為此，降低電力電子設備諧波損耗（THD），提高功率因數（PF），已成為學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)，生產(chǎn)廠(chǎng)家也不斷推出相關(guān)產(chǎn)品。KVS帝國開(kāi)發(fā) 　  降低電力電子設備諧波損耗、提高功率因數的方法主要包括無(wú)源功率因數校正和有源功率因數校正。單相APFC技術(shù)已相當成熟。三相有源PC技術(shù)復雜，成本較高，現基本還處于研究推廣階段。三相PFC與單相PFC的基點(diǎn)相同，通過(guò)電流跟蹤電壓變化，提高功率因數，減小諧波損耗。 KVS帝國開(kāi)發(fā) 　  在通信電源中，當輸出功率在3kW以下時(shí)，一般采用單相輸入；當功率在3kW以上時(shí)，一般采用三相輸入。目前的研究重點(diǎn)集中在三相PFC技術(shù)，涉及到電路拓撲、控制技術(shù)、軟開(kāi)關(guān)技術(shù)、單級變換技術(shù)、建模與仿真等技術(shù)。KVS帝國開(kāi)發(fā) 　  3．電路設計KVS帝國開(kāi)發(fā) 　 一般情況下，變換器的建模方法分為數字仿真法和解析建模法兩大類(lèi)。數字仿真法包括分析軟件PSPICE、SABER，它不需要新建電路模型，只需建立電路仿真模型或等效電路即可，分析方法簡(jiǎn)單、直觀(guān)，應用廣泛。解析建模法通過(guò)解析表達式描述開(kāi)關(guān)變換器特性，建模直觀(guān)明了，物理概念清楚，可利用線(xiàn)性電路和古典控制理論對開(kāi)關(guān)變換器進(jìn)行穩態(tài)和小信號分析，對設計提供指導。KVS帝國開(kāi)發(fā) 　 計算機仿真技術(shù)的應用越來(lái)越廣泛，主要包括以下幾個(gè)發(fā)展方向：KVS帝國開(kāi)發(fā) 　* 數字電路與模擬電路相結合；KVS帝國開(kāi)發(fā) 　* 控制策略與實(shí)際電路相結合，如DSP、PWM、SPWM控制策略，空間矢量控制策略等；KVS帝國開(kāi)發(fā) 　* 建模方法向硬件描述語(yǔ)言過(guò)渡，逐步實(shí)現標準化，如MAST語(yǔ)言、Spectre-KVS帝國開(kāi)發(fā) HDL等；KVS帝國開(kāi)發(fā) 　* 多種仿真工具相結合，電路仿真、熱仿真、流體仿真、應力仿真相結合，仿真工具包括Saber、Ansys、Cadence等；KVS帝國開(kāi)發(fā) 　* 運用仿真技術(shù)進(jìn)行可靠性、穩定性及量產(chǎn)性分析等。KVS帝國開(kāi)發(fā) 　4．電磁兼容性設計（EMC）KVS帝國開(kāi)發(fā) 　  通信電源設計必須考慮電磁兼容性設計，減少對外部環(huán)境的干擾，消除外部干擾，為此國際電工委員會(huì )（IEC）相繼發(fā)布了IEC61000系列電磁兼容標準，我國國家質(zhì)量技術(shù)監督局決定在國內等同采用。通信行業(yè)頒布的《通信電源設備電磁兼容性限值及測量方法》對此進(jìn)行了詳細的規定，包括傳導、輻射、諧波電流、電壓起伏、閃爍和抗擾性等要求，其中抗擾性又包括輻射電磁場(chǎng)、射頻連續傳導信號、浪涌、電快速瞬變脈沖群、電壓跌落和中斷等。KVS帝國開(kāi)發(fā) 　5．防護技術(shù)KVS帝國開(kāi)發(fā) 　  防雷設計是保證通信電源系統可靠運行的必不可少的環(huán)節，雷電對信息設備產(chǎn)生危害的根源在于雷電電磁脈沖，這種雷電電磁脈沖包括雷電流和雷電電磁場(chǎng)。雷電流是產(chǎn)生直擊雷過(guò)電壓的根源，而雷電電磁場(chǎng)則是產(chǎn)生感應雷過(guò)電壓的根源。對于通信設備而言，雷電過(guò)電壓來(lái)源主要包括感應過(guò)電壓、雷電侵入波和反擊過(guò)電壓。在一般情況下，通信電源必須采取系統防護、概率防護和多級防護的防雷原則，通信電源系統應采用三級防雷體系。KVS帝國開(kāi)發(fā) 　  防潮、防鹽霧和防霉菌設計稱(chēng)為三防設計。在潮濕的海洋大氣中，電子設備會(huì )吸附一層很薄的濕水層（水膜），當水膜達到20~30分子層厚時(shí)會(huì )形成化學(xué)腐蝕的電解質(zhì)膜，它對裸露的金屬表面具有很強的腐蝕活性。另外，溫度突變會(huì )在空氣中產(chǎn)生露點(diǎn)，使印制線(xiàn)間絕緣電阻下降、元器件發(fā)霉，產(chǎn)生銅綠、引腳腐蝕斷裂等情況。濕熱環(huán)境為霉菌的滋生提供了有利條件，霉菌以電子設備中的有機物為養料，吸附水分并分泌有機酸，破壞絕緣，引發(fā)短路，加速金屬腐蝕。為此，工程上通常選用耐蝕材料，通過(guò)鍍、涂或化學(xué)處理方法對電子設備的表面覆蓋一層金屬或非金屬保護膜，使之與周?chē)�介質(zhì)隔離，從而達到防護的目的；在結構上采用密封或半密封形式隔絕外部環(huán)境；對印制板及組件表面涂覆專(zhuān)用三防清漆，避免導線(xiàn)之間的電暈、擊穿，提高電源的可靠性；變壓器必須進(jìn)行浸漆、端封，以防潮氣進(jìn)入引發(fā)短路。KVS帝國開(kāi)發(fā) 　6．安全設計KVS帝國開(kāi)發(fā) 　  安全性是電源設備最重要的指標，其不安全隱患不但不能完成正常的供電要求，而且還有可能發(fā)生嚴重的事故，甚至造成機毀人亡的巨大損失。為此，必須加強安全性設計工作，包括防電危險、過(guò)熱危險等。商用設備的安全標準包括UL、CSA、VDE等，容許泄漏電流在0.5～5mA之間，我國軍用標準 GJB1412規定的泄漏電流小于5mA。通信電源產(chǎn)品應通過(guò)中國CCEE安全認證和UL安全認證。KVS帝國開(kāi)發(fā) 　7．結構造型KVS帝國開(kāi)發(fā) 　  現代機械設計的概念比較復雜，在滿(mǎn)足功能的前提下，還要滿(mǎn)足情趣、品味、生產(chǎn)管理、價(jià)格等各方面的要求。通信電源在產(chǎn)品結構性能方面朝著(zhù)單面操作，自由出線(xiàn)，模塊化設計，減低成本和小型化等方向發(fā)展。結構造型的發(fā)展方向將嚴格按IEC-297標準尺寸設計，與國際行業(yè)接軌，實(shí)現不同企業(yè)產(chǎn)品的可替換件，滿(mǎn)足安全規范、 EMC測試要求等。KVS帝國開(kāi)發(fā) 　8．操作與維護KVS帝國開(kāi)發(fā) 　  在系統日趨小型化的今天，操作和維護的方便性顯得非常重要，它要求系統在設計之初就必須綜合考慮這一因素，如全正面操作維護、機柜靠墻安裝、在線(xiàn)維護和熱插拔技術(shù)等。電源系統的直流配電采用插箱式結構，滿(mǎn)足用戶(hù)的差異需求，安裝、維護方便；整流模塊采用無(wú)損傷熱插拔技術(shù)；風(fēng)冷自然冷兼容性設計；風(fēng)扇更換時(shí)間少于30s，防塵網(wǎng)更換時(shí)間少于20s，方便維護。KVS帝國開(kāi)發(fā) 　9．智能化監控 KVS帝國開(kāi)發(fā) 　  現代通信電源系統基本上都采用集中分散式監控系統，對系統中狀態(tài)量和控制量進(jìn)行監控，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)將信息送入監控模塊。同時(shí)，監控模塊還可對電池進(jìn)行全自動(dòng)管理，包括電池在線(xiàn)管理、均浮充轉換、停電后的來(lái)電預限流控制和電池放電測試等。監控模塊還可對整流模塊電壓進(jìn)行調節和無(wú)級限流控制，檢測整流模塊狀態(tài)，并根據系統運行的異常情況進(jìn)行保護和告警。通過(guò)監控模塊上網(wǎng)，可以在Internet上傳輸控制數據，使維護人員通過(guò)Internet進(jìn)行數據查詢(xún)等維護工作。具有RS485／422、RS232、內／外置Modem等多種接口。KVS帝國開(kāi)發(fā) KVS帝國開(kāi)發(fā) 　四、結論KVS帝國開(kāi)發(fā) KVS帝國開(kāi)發(fā) 　  電力電子技術(shù)是一項非常重要的基礎支撐科技，現代科技領(lǐng)域的7個(gè)關(guān)鍵環(huán)節包括能源、環(huán)保、資訊、通信、生命科學(xué)、材料、交通。其中的每一項領(lǐng)域，無(wú)一不和電力電子緊密相關(guān)，開(kāi)關(guān)電源作為一個(gè)重要方面，具有美好的發(fā)展前景。