高效智能通信電源技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及展望

雷 羅

（湖南省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

0 引 言

當(dāng)今時(shí)代科學(xué)技術(shù)日新月異，在此背景下，通信行業(yè)取得了較好較快發(fā)展。與此同時(shí)，通信行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，通信企業(yè)只有掌握核心關(guān)鍵技術(shù)，才能在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地[1]。通信電源是通信行業(yè)重要的構(gòu)成部分，為順應(yīng)通信行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，目前通信電源正朝著高效化和智能化方向發(fā)展[2]?，F(xiàn)在已有部分高效智能通信電源在實(shí)踐中得以運(yùn)用，促進(jìn)了通信行業(yè)發(fā)展[3]。下面主要對(duì)高效智能通信電源技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行闡述，對(duì)于促進(jìn)通信行業(yè)更好更快發(fā)展具有重要的實(shí)踐意義。

1 通信電源的概念及基本要求

1.1 通信電源基本概念

通信設(shè)備正常工作時(shí)需要電源進(jìn)行供電，通信電源就是為通信設(shè)備提供電力支持的裝置。毫無(wú)疑問(wèn)，通信電源是整個(gè)通信設(shè)施中非常重要和關(guān)鍵的組成部分，電源運(yùn)行的穩(wěn)定性直接決定了通信過(guò)程的安全性和穩(wěn)定性。通信電源內(nèi)部包含多種系統(tǒng)，如交流供電系統(tǒng)和直流供電系統(tǒng)等，其在運(yùn)行時(shí)呈現(xiàn)出點(diǎn)多、面廣以及影響范圍廣等特征。不管內(nèi)部哪個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，都會(huì)對(duì)通信過(guò)程產(chǎn)生非常不良的影響，影響通信系統(tǒng)的可靠性。

1.2 通信電源基本要求

鑒于通信電源在整個(gè)通信領(lǐng)域中的重要作用和地位，因此對(duì)其提出了一些相對(duì)較高的要求。

1.2.1 要求具備較高的可靠性

通信系統(tǒng)中的設(shè)備運(yùn)行時(shí)，需要通信電源為其提供能量來(lái)源。如果通信電源可靠性相對(duì)較低，運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)故障問(wèn)題，那么通信設(shè)施就無(wú)法正常工作。尤其是在一些重要領(lǐng)域，即便很小的故障問(wèn)題也是不允許的。因此，通信電源必須具備有相對(duì)較高的可靠性。

1.2.2 要求具備較高的穩(wěn)定性

在整個(gè)通信行業(yè)，不管使用何種通信設(shè)備，必須要保障設(shè)備運(yùn)行過(guò)程的穩(wěn)定性。這就要求通信電源具備很高的穩(wěn)定性，尤其是在自動(dòng)化程度相對(duì)較高的領(lǐng)域，對(duì)穩(wěn)定性要求更高。

1.2.3 要求具備較高的運(yùn)行效率

通信電源在運(yùn)行過(guò)程中需要消耗大量的能源，如果通信電源的運(yùn)行效率不高，就會(huì)帶來(lái)大量的能源浪費(fèi)問(wèn)題，影響整個(gè)通信系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

1.2.4 要求進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)

對(duì)通信電源進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，表現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì)是多方面的。使用通信電源時(shí)，如果出現(xiàn)故障問(wèn)題，可以快速定位并處理故障。另外，需要對(duì)通信電源進(jìn)行拓展時(shí)，由于采用的是模塊化設(shè)計(jì)，因此擴(kuò)展流程大大簡(jiǎn)化，成本相對(duì)較低。

1.2.5 要求具有較小的體積

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，要求硬件設(shè)施朝著集成化、小型化方向發(fā)展，對(duì)于通信電源同樣如此。如果通信電源具有相對(duì)較小的體積，那么設(shè)備在安裝調(diào)試時(shí)就會(huì)非常方便。

2 通信電源技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

近年來(lái)，我國(guó)通信領(lǐng)域發(fā)展迅速，建設(shè)的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)越來(lái)越多，而且整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜。尤其是最近一兩年，我國(guó)正在大力進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，可以說(shuō)目前我國(guó)通信網(wǎng)絡(luò)較為發(fā)達(dá)。如此龐大的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)需要大量的通信電源為其進(jìn)行供電，所以隨著通信行業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)通信電源的需求量越來(lái)越大。在此背景下，如果只是一味增加通信電源的數(shù)量，那么將無(wú)法起到很好的效果。為了順應(yīng)時(shí)代發(fā)展需要，目前通信電源的運(yùn)行效率也有了顯著的提升。很多先進(jìn)的控制技術(shù)及功率轉(zhuǎn)換技術(shù)被應(yīng)用于通信電源中，使通信電源技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相比有了顛覆性的變化，突破了很多瓶頸問(wèn)題，不僅顯著提升了通信電源的運(yùn)行效率，而且保障了電源運(yùn)行過(guò)程的可靠性和穩(wěn)定性。

當(dāng)前，通信電源中使用的變換電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要可以劃分為2種類型，分別為半橋電路和全橋電路。不同類型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)各自有其優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)，具體應(yīng)用時(shí)需要充分考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況來(lái)合理選用。如果通信設(shè)施的整體功率不是非常大，那么選擇半橋電路即可滿足使用需要。相反，如果通信設(shè)施中設(shè)備功率相對(duì)較大，那么則需要選用全橋變換電路。另外，功率放大器作為通信電源中的重要構(gòu)成部分，其技術(shù)水平已經(jīng)達(dá)到了相對(duì)較高的水平。通過(guò)使用最先進(jìn)的功率放大器能顯著提升通信電源的性能及其兼容性，降低設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的損耗，提升其運(yùn)行效率。

3 提高通信電源性能的方法與途徑

為了順應(yīng)通信領(lǐng)域的發(fā)展需求，必須采取方法和措施提升通信電源的性能，為通信行業(yè)的快速發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.1 高頻變化

在通信電源中通過(guò)使用高頻變化技術(shù)，能顯著減小電源在運(yùn)行過(guò)程中的能源消耗問(wèn)題，以確保在通信設(shè)施正常運(yùn)行的情況下盡可能減小通信電源的體積。高頻變化技術(shù)涉及的理論主要是電路拓?fù)淅碚摚Ｒ?jiàn)的如諧振變換、零過(guò)渡PWM（Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制）等，通過(guò)新理論的使用可有效避免舊理論在實(shí)踐中暴露出一些問(wèn)題。例如，舊理論中的開(kāi)關(guān)模式下，通信電源運(yùn)行時(shí)的能耗較高、存在噪聲。通過(guò)新理論的使用，有效規(guī)避了上述缺陷問(wèn)題，同時(shí)使系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性得以強(qiáng)化。另外，通信電源中通過(guò)使用有源功率因素矯正技術(shù)，能顯著提升AC/DC（交流/直流）開(kāi)關(guān)電源功率因數(shù)，進(jìn)而規(guī)避諧波對(duì)通信系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性造成的不利影響，通信電源系統(tǒng)的整體流程框圖見(jiàn)圖1。

圖1 通信電源系統(tǒng)的整體流程框圖

3.2 低電流諧波處理技術(shù)

前文已述，通信電源工作時(shí)會(huì)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)帶來(lái)一些負(fù)面影響，如諧波會(huì)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性造成一些干擾。在傳統(tǒng)的技術(shù)條件下，對(duì)于在線式電源輸入AC/DC部分通常使用橋式整流濾波電路，這種情況下易使得輸入電流呈現(xiàn)出脈沖狀，同時(shí)波峰因數(shù)大大超出純電阻負(fù)載。有些通信電源工作時(shí)產(chǎn)生非常大的諧波電流，對(duì)整個(gè)電路的正常工作造成嚴(yán)重干擾，最終使得電網(wǎng)波形嚴(yán)重失真，電源的運(yùn)行效率大打折扣。如果將低電流諧波處理技術(shù)應(yīng)用到通信電源中，能顯著降低諧波對(duì)電網(wǎng)帶來(lái)的負(fù)面影響。

3.3 整流模塊優(yōu)化

圖2為通信電源整流模塊的基本工作原理。通過(guò)采取有效手段和措施優(yōu)化整流模塊，同樣能在一定程度上提升通信電源的性能水平。整流模塊是能源消耗較大的模塊，如果可以采取措施降低整個(gè)模塊的功率消化，那么就能提升通信電源整體的運(yùn)行效率?？梢赃M(jìn)行優(yōu)化的方向包括主電路拓?fù)?、距離優(yōu)化等，也可以采用新材料代替舊材料，降低材料運(yùn)行時(shí)的功耗。

圖2 整流模塊的基本工作原理

某公司在實(shí)踐過(guò)程中，通過(guò)一定的技術(shù)手段監(jiān)測(cè)通信電源實(shí)際運(yùn)行情況，并將其通信系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析，判斷通信電源是否存在冗余現(xiàn)象。如果發(fā)現(xiàn)確實(shí)存在該問(wèn)題，則可以利用通信電源休眠節(jié)能技術(shù)對(duì)部分通信電源進(jìn)行休眠待機(jī)，避免通信電源長(zhǎng)時(shí)間無(wú)效運(yùn)行造成能源浪費(fèi)。表1為通信電源休眠節(jié)能技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用效果，從表1可以看出，使用新技術(shù)能提升通信電源的運(yùn)行效率，節(jié)省大量的能源。

表1 通信電源休眠節(jié)能技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用效果

4 通信電源技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

4.1 智能化與數(shù)字化

通信電源運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，在以往的實(shí)踐中并沒(méi)有對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行有效利用。在當(dāng)前大數(shù)據(jù)技術(shù)相對(duì)較為成熟的大背景下，有必要充分利用這些數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)找到數(shù)據(jù)背后的潛在規(guī)律，在此基礎(chǔ)上提升通信電源的智能化水平。為了達(dá)到上述目的，需要建立通信電源數(shù)據(jù)平臺(tái)，基于該平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析與管理。智能化是通信電源技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，因此相關(guān)的技術(shù)人員應(yīng)充分利用智能化技術(shù)，對(duì)通信電源進(jìn)行智能化管理。

另外，數(shù)字化同樣是通信電源未來(lái)發(fā)展的大趨勢(shì)。通過(guò)數(shù)字化技術(shù)能實(shí)現(xiàn)通信電源運(yùn)行過(guò)程的全自動(dòng)化管理與控制，從而提升電源運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，避免人為失誤造成的不良影響。

4.2 高效率節(jié)能

節(jié)能環(huán)保是工業(yè)化發(fā)展的必然要求，對(duì)于通信領(lǐng)域而言同樣如此，因此高效率節(jié)能也是通信電源未來(lái)發(fā)展的一個(gè)大趨勢(shì)。為了達(dá)到高效率節(jié)能的目的，需要使用最先進(jìn)的技術(shù)，如高頻變化技術(shù)和開(kāi)關(guān)電源技術(shù)等，降低通信電源運(yùn)行過(guò)程中的能源消耗。功能集成技術(shù)同樣表現(xiàn)出了很大的潛力，通過(guò)對(duì)通信電源功能進(jìn)行集成化處理，可以大大簡(jiǎn)化通信電源的整體結(jié)構(gòu)。另外，為了保證通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠性，通常會(huì)使用備用電源，備用電源主要為蓄電池。在關(guān)鍵時(shí)刻，可通過(guò)蓄電池對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行供電。

4.3 低電流諧波

在以往的通信電源研究和使用過(guò)程中，工程技術(shù)人員將更多的注意力放在電源的輸出方面，不注重電源的輸入。但是，受傳統(tǒng)技術(shù)水平的制約，通信電源運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)比較大的諧波電流，進(jìn)而影響整個(gè)電路運(yùn)行的穩(wěn)定性。隨著人們對(duì)通信電源技術(shù)要求的不斷提升，目前已經(jīng)有人將低電流諧波處理技術(shù)應(yīng)用于通信電源工程實(shí)踐中，并取得了較好的應(yīng)用效果。這也是通信電源未來(lái)發(fā)展的一個(gè)方向。

5 結(jié) 論

隨著我國(guó)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的不斷發(fā)展，其整體結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)通信電源的要求越來(lái)越高。通信電源運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性會(huì)對(duì)整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性造成直接影響。本文在分析通信電源基本現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了提升通信電源運(yùn)行質(zhì)量和效果的方法和途徑，分析了通信電源未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。真正實(shí)現(xiàn)通信電源智能化和高效化仍然有很長(zhǎng)的路要走，需要從業(yè)人員在實(shí)踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，不斷提升通信電源高效化和智能化水平。