通信電源新技術(shù)的應(yīng)用研究

梁 鵬

（山東省信宇通信工程監(jiān)理有限公司，山東 濟(jì)南 250021）

0 引 言

科技的發(fā)展給通信業(yè)務(wù)帶來(lái)了難得的發(fā)展機(jī)遇，尤其是在互聯(lián)網(wǎng)信息化時(shí)代，通信技術(shù)進(jìn)步迅速，通信手段日趨多元化。信息技術(shù)的進(jìn)步影響了通信電源技術(shù)的發(fā)展?，F(xiàn)在的通信電源技術(shù)已經(jīng)從過(guò)去相控整流器向高頻開(kāi)關(guān)整流器轉(zhuǎn)化，從單純的集中供電轉(zhuǎn)化成采用多種形式進(jìn)行的多元供電方式。同時(shí)，通信電源自動(dòng)化管理程度越來(lái)越高，體積越來(lái)越小，但是自身功率越來(lái)越大?？萍嫉倪M(jìn)步要求通信電源從平穩(wěn)供電向高品質(zhì)供電過(guò)度，這些變化都是通信電源新技術(shù)發(fā)展的具體體現(xiàn)。

通信電源系統(tǒng)主要包括交、直流供電系統(tǒng)及接地系統(tǒng)等。由于通信設(shè)備本身的負(fù)載配置存在差異，通信電源設(shè)備包含輸入端、各種模塊端、通信電源所在的機(jī)房、EPON光接入和PON+LAN等。通信行業(yè)的進(jìn)步促進(jìn)了通信電源技術(shù)的提升，在交流配電單元、整流部分、直流配電單元、蓄電池組和監(jiān)控系統(tǒng)等方面有了很大的突破。當(dāng)前，隨著通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，通信電源技術(shù)日趨完善，同時(shí)向著更加節(jié)能的方向發(fā)展，有利于確保通信系統(tǒng)平穩(wěn)、高效運(yùn)行[1]。

1 通信電源新技術(shù)采用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

通常情況下，通信電源系統(tǒng)從市電輸入開(kāi)始，包含不同的整流模塊、監(jiān)控模塊和直流配電等模塊。其中，監(jiān)控模塊包括遠(yuǎn)端監(jiān)控和近端后臺(tái)監(jiān)控部分，直流配電由不同的電池組組成。通信電源系統(tǒng)的工作原理如圖1所示。

圖1 通信電源系統(tǒng)工作原理

1.1 交流配電單元

通信電源一般都是接入市電，將市電接入交流配電系統(tǒng)中，之后分配到不同的整流模塊，經(jīng)過(guò)整流模塊把電流轉(zhuǎn)化成直流配電，供開(kāi)關(guān)整流器使用，另一部分讓普通用戶(hù)以備用的方式來(lái)使用。供電方式可以采用雙路市電，也可以采用市電加油機(jī)的方式。采用雙路市電的工作方式，在日常通信設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，主要采用市電1進(jìn)行供電，市電2或者油機(jī)作為備用。如果市電1由于各種原因突然停止運(yùn)行，通信電源系統(tǒng)可以立即將市電1切換到市電2。為了保障切換過(guò)程中不對(duì)通信系統(tǒng)造成影響，可以暫時(shí)利用蓄電池對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行供電。如果使用雙市電，最好將兩路電利用機(jī)械柜分開(kāi)，防止出現(xiàn)電路短接的現(xiàn)象。兩路電的切換是采用電氣自動(dòng)切換技術(shù)，如果交流斷電，可以提供直流應(yīng)急照明。

交流配電單元放置有電源系統(tǒng)的第二級(jí)防雷電路，防雷電路對(duì)于保障整個(gè)通信供電系統(tǒng)安全運(yùn)行具有重要作用。在防雷配件的選擇中，一般選擇具有遙信觸點(diǎn)TT接法并加入空開(kāi)的防雷器。交流配電單元具有取樣監(jiān)控、檢測(cè)、報(bào)警和通信等功能，其也是通信電源系統(tǒng)主要的元器件，在選擇上應(yīng)謹(jǐn)慎。

1.2 整流部分相關(guān)技術(shù)

通信電源采用的整流技術(shù)也就是把交流電轉(zhuǎn)換成24 V或者48 V直流電，通過(guò)整流模塊傳輸?shù)街绷鞴╇妴卧?。整流模塊和結(jié)構(gòu)機(jī)架是通信整流部分的重要組成部分，在通信電源技術(shù)使用中，一些設(shè)備采用的是相控整流器。將可控硅和晶閘管作為材料，利用導(dǎo)通角技術(shù)變換電壓。這種設(shè)備內(nèi)部元器件較多，因此占地較大，加之其功率不高，具有一定的污染性，工作時(shí)噪音較大、熱輻射較高，所以目前在市面上已經(jīng)很少使用，而是被技術(shù)含量更高的高頻開(kāi)關(guān)整流器所替代。

高頻開(kāi)關(guān)整流器是通信電源中經(jīng)常使用的一種整流裝置，是一種能把交流AC轉(zhuǎn)化成直流DS的電源裝置。由于高頻開(kāi)關(guān)整流器體積較小，供電效率較高，而且方便移動(dòng)和安裝，因此在通信電源系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。該設(shè)備工作噪音較小，通過(guò)使用功率因數(shù)校正技術(shù)能提升功率因數(shù)。當(dāng)前，隨著通信電源技術(shù)的發(fā)展，高頻開(kāi)關(guān)整流模塊能在提升頻率的同時(shí)不斷降低體積，同時(shí)可以將不同的模塊組合成大容量的整流器，能進(jìn)一步推動(dòng)提升通信電源技術(shù)水平。

1.3 直流配電技術(shù)

交流電經(jīng)過(guò)若干個(gè)整流模塊后轉(zhuǎn)化成直流電，然后與對(duì)應(yīng)的電池組相連接。通過(guò)開(kāi)關(guān)整流器進(jìn)行電流的輸出，最后接入直流配電單元。在直流配電單元能根據(jù)通信系統(tǒng)不同荷載的需要輸出不同容量的配電。電池組的輸入端與開(kāi)關(guān)整流器的輸出端采用匯流母排并聯(lián)的形式，目的是防止開(kāi)關(guān)整流器斷流時(shí)可以充分利用電池組供電。直流配電技術(shù)能確保屏內(nèi)壓降最小，從而能得到更精準(zhǔn)的顯示和安全監(jiān)控。直流配電內(nèi)部設(shè)置可以根據(jù)通信用戶(hù)的不同需求進(jìn)行[2]。

1.4 蓄電池組技術(shù)

蓄電池組和整流器通過(guò)并聯(lián)進(jìn)行冗余供電。通信系統(tǒng)運(yùn)行比較穩(wěn)定的情況下無(wú)須備用電源，而如果在運(yùn)行過(guò)程中由于系統(tǒng)故障等原因造成電源供電出現(xiàn)問(wèn)題，可以采用蓄電池組進(jìn)行供電。一般蓄電池采用鉛酸閥控封閉電池（VRLA），與傳統(tǒng)的開(kāi)口型密封電池相比，電池?fù)p耗較小，使用壽命更長(zhǎng)，一般不需要專(zhuān)門(mén)的維護(hù)。通信系統(tǒng)有些設(shè)備是固定在機(jī)房?jī)?nèi)部的，這時(shí)采用的蓄電池可以是固定型的，而有些設(shè)備是需要移動(dòng)的，因此相應(yīng)的蓄電池可以是移動(dòng)型的。鉛酸閥控式蓄電池由電池槽、極板組、安全閥和正負(fù)極端子組成。內(nèi)部的電解質(zhì)分為貧液和膠體兩種。其工作原理如下：

由于蓄電池的充電和放電過(guò)程是可逆的，因此蓄電池理論上可以使用多次。但是，實(shí)際上蓄電池使用一段時(shí)間后，經(jīng)過(guò)多次充放電，會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部電極氧化或者一些化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生不可逆的反應(yīng)，導(dǎo)致蓄電池的有效容量不斷減少。長(zhǎng)期的充放電過(guò)程會(huì)導(dǎo)致蓄電池的一些有效物質(zhì)無(wú)法還原，從而形成硬化的硫酸鉛，這種物質(zhì)會(huì)導(dǎo)致蓄電池的容量不斷減少，因此通信電源使用壽命與充電循環(huán)周期有直接的關(guān)系[3]。

2 通信電源技術(shù)應(yīng)用分析

2.1 整流器

在通信電源中，高頻開(kāi)關(guān)整流器是電源的核心組成部分，而整流器采用的技術(shù)直接影響通信電源的性能。高頻開(kāi)關(guān)整流器采用將工頻整流電路和高頻開(kāi)關(guān)直流變化電路相結(jié)合。例如，在通信電源中采用的ZXD2400（V 3.0）50 A工作原理如圖2所示。

圖2 開(kāi)關(guān)整流器原理圖

通信電源使用的開(kāi)關(guān)整流器包括兩級(jí)電路，前端是PFC校正電路BOOST，后端是DC/DC變換雙管正激，內(nèi)部具有電流限制和防雷擊功能，能減少整流器的開(kāi)關(guān)浪涌，具備較好的電磁兼容性能。采用PFC功率因數(shù)校正來(lái)校正BOOST電路，利用平均電流控制。由于輸入端功率通過(guò)因數(shù)校正可以接近1，而諧波電流則小于10%，因此通信電源可以滿(mǎn)足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。通信電源開(kāi)關(guān)整流器采用的主二極管零電流關(guān)斷，主開(kāi)關(guān)管的零電流開(kāi)通，因此功率器件的工作應(yīng)力較小，能夠提升通信電源的使用穩(wěn)定性。采用功率因數(shù)校正電路能更好地調(diào)整輸入電壓，讓輸出的直流電壓更加穩(wěn)定，確保通信電源能平穩(wěn)運(yùn)行，保障通信設(shè)備的安全。對(duì)后端的DC進(jìn)行優(yōu)化，讓通信電源系統(tǒng)能獲得更好的源效應(yīng)[4]。

后級(jí)直流和直流功率變換電路的原理十分簡(jiǎn)單，但是使用十分穩(wěn)定。采用的無(wú)損吸收技術(shù)避免了產(chǎn)生電壓應(yīng)力，而輸出端受電磁干擾影響很小。開(kāi)關(guān)整流器的芯片是利用電流進(jìn)行控制的，因此響應(yīng)速度較快。如果通信電源出現(xiàn)系統(tǒng)故障或者負(fù)載不均衡，可以及時(shí)進(jìn)行修復(fù)。當(dāng)前，隨著通信電源技術(shù)的發(fā)展，電源中使用的開(kāi)關(guān)整流器都支持熱插拔，對(duì)于減少維修時(shí)間很有必要，提升了整個(gè)通信電源系統(tǒng)的運(yùn)行效率，避免了通信中斷造成的各種損失情況的發(fā)生，讓通信電源系統(tǒng)能更穩(wěn)定地為通信設(shè)備服務(wù)。內(nèi)部電流如果出現(xiàn)過(guò)壓或者欠壓的情況，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取保護(hù)措施，避免電流異常造成危害。為了避免設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行造成機(jī)器內(nèi)部過(guò)熱，采用了先進(jìn)的散熱裝備。如果散熱不及時(shí)，使機(jī)器內(nèi)部溫度達(dá)到電源的預(yù)警值，可以及時(shí)發(fā)出警報(bào)或者切斷電源，直至溫度恢復(fù)正常。通信電源中采用的監(jiān)控系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)控開(kāi)關(guān)整流器的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)整流器的輸出電壓，保障了通信設(shè)備正常運(yùn)行。目前，軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的研究已經(jīng)取得一定的成果，而與此對(duì)應(yīng)的電路拓?fù)浜蛙涢_(kāi)關(guān)控制也有了不同的實(shí)現(xiàn)方式，未來(lái)能被廣泛應(yīng)用于通信電源中。

2.2 組合電源

通信電源中使用的組合電源系統(tǒng)配備了三級(jí)防雷網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能保障通信電源在使用過(guò)程中的安全性和可靠性。三道防線(xiàn)是重要的防護(hù)屏障。第一級(jí)防雷網(wǎng)絡(luò)可以將電源遭遇的雷擊電流導(dǎo)入地下，避免大電流經(jīng)過(guò)電源造成的損壞。第二級(jí)防雷網(wǎng)絡(luò)是阻止侵入波沿引入線(xiàn)進(jìn)入設(shè)備上產(chǎn)生過(guò)電壓。第三級(jí)防雷網(wǎng)絡(luò)可以保障電源保護(hù)物上的雷電不超過(guò)電源幅值。在通信電源上采用三級(jí)防雷網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，不但對(duì)于預(yù)防雷擊效果顯著，而且能有效預(yù)防電網(wǎng)上的電壓浪涌。通信電源三級(jí)防雷基本原理如圖3所示。

圖3 通信電源三級(jí)防雷網(wǎng)絡(luò)示意圖

第一級(jí)防雷的泄放能力為80 kA，具有100 ns的反應(yīng)時(shí)間，這一層級(jí)的主要目的是避免雷擊。第二級(jí)防雷網(wǎng)絡(luò)設(shè)置有外置的機(jī)械盒，泄放能力為50 kA，具有25 ns的反應(yīng)時(shí)間。第三級(jí)防雷網(wǎng)絡(luò)安裝在整流模塊的輸入板上，目的是優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)，泄放能力為10 kA，具有10 ns的反應(yīng)時(shí)間。這樣能在防雷的過(guò)程中把剩余的能量控制在通信電源可以接受的范圍內(nèi)，保障電源設(shè)備安全，三級(jí)防雷網(wǎng)絡(luò)對(duì)于預(yù)防雷擊和電網(wǎng)浪涌也能發(fā)揮應(yīng)有的作用[5]。

3 結(jié) 論

在通信設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程中，供電電源必須能安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，尤其是出現(xiàn)一些電力系統(tǒng)故障時(shí)，要及時(shí)利用備用的供電帶能源確保整個(gè)通信系統(tǒng)正常運(yùn)行，為了爭(zhēng)取搶修時(shí)間，電源的電池組最好能提供8 h以上的供電時(shí)間。隨著未來(lái)通信行業(yè)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，要借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)不斷提升通信電源技術(shù)水平，保證通信電源技術(shù)應(yīng)用的有效性。