淺談信息系統(tǒng)電源新技術(shù)

王琦 張衛(wèi)鋒 伍建華

【摘要】? ? 傳統(tǒng)的信息系統(tǒng)電源存在設(shè)備重量、體積大，環(huán)境影響大、能量轉(zhuǎn)換效率低等缺點(diǎn)。近年來，基于新材料、新工藝和新技術(shù)的不斷發(fā)展應(yīng)用，電機(jī)、電力電子器件、微處理器等核心部件的性能不斷得到擴(kuò)展與提升，由此帶動(dòng)了信息系統(tǒng)電源中動(dòng)力發(fā)電單元、電能變換與控制單元、能量存儲(chǔ)單元性能的飛速發(fā)展。為解決傳統(tǒng)信息系統(tǒng)電源存在的弊病提供了可能。未來，蓄電池容量、壽命周期等瓶頸問題也必將不斷被突破。

【關(guān)鍵詞】? ? 信息系統(tǒng)? ? 電源? ? 柴油發(fā)電機(jī)? ? UPS 開關(guān)電源

一、信息系統(tǒng)電源技術(shù)概述

1.信息系統(tǒng)電源的功能與組成。信息系統(tǒng)電源是信息系統(tǒng)的心臟，為信息系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供可靠、穩(wěn)定、不間斷的電能。根據(jù)各類信息系統(tǒng)工作機(jī)制的不同，電源可能需要向其提供220V或380V交流電源，也可能是48V、24V、12V、5V或3.7V等電壓等級(jí)不等的直流電源。信息系統(tǒng)的交流電源通常為市電和柴油發(fā)電機(jī)組電源，在某些高海拔或海島地區(qū)也可能是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電源或光伏逆變電源。信息系統(tǒng)的直流電源通常是各類基于電力電子電能變換技術(shù)的開關(guān)電源、普通內(nèi)嵌模塊電源、光伏電池、蓄電池等。

2.信息系統(tǒng)電源的分類與特點(diǎn)。信息系統(tǒng)電源的分類方法有多種，按照電源電流的流向不同可分為交流電源和直流電源;按照電源的移動(dòng)性能分為移動(dòng)電源和固定電源，如通信電源車、拖車電站為移動(dòng)電源，室內(nèi)開關(guān)電源柜為固定電源。按照初級(jí)能源性質(zhì)可分為傳統(tǒng)電源和新能源電源，如光伏電池和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為新能源電源。信息系統(tǒng)電源的基本特點(diǎn)是體積重量小，功率密度大，穩(wěn)定性、可靠性高，對(duì)要求較高的信息系統(tǒng)應(yīng)具備不間斷供電能力。

二、信息系統(tǒng)電源新技術(shù)

1.動(dòng)力發(fā)電新技術(shù)。柴油發(fā)電機(jī)組作為市電的備用電源在生產(chǎn)生活中已有一百多年的歷史，其具有可靠、穩(wěn)定、簡單等優(yōu)點(diǎn)。但柴油或汽油發(fā)電機(jī)組也有其笨重、高噪音、移動(dòng)性差等不利的一面。目前歐美在軍用武器裝備系統(tǒng)、政府機(jī)關(guān)、醫(yī)院、數(shù)據(jù)中心等場合已開始使用微型燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組作為備用電源，微型燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組采用微型燃?xì)廨啓C(jī)作為動(dòng)力源，采用高速永磁同步發(fā)電機(jī)作為能量輪換設(shè)備，轉(zhuǎn)速在5萬-10萬rpm之間，功率等級(jí)在10kW-1000kW之間。相對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組而言，微型燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組具有體積重量與噪音振動(dòng)小、功率密度高、移動(dòng)便捷等優(yōu)點(diǎn)。

2.燃料電池技術(shù)。普通蓄電池將化學(xué)能儲(chǔ)存在一定體積的容積內(nèi)，因此其容量有限。燃料電池是一種將燃料與氧化劑（空氣）分別存儲(chǔ)，發(fā)電時(shí)分別將燃料和空氣送進(jìn)燃料電池電極，將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。它與有正負(fù)極和電解質(zhì)的蓄電池相似，又與具有燃料箱的動(dòng)力發(fā)電裝置有相似之處，兼有動(dòng)力發(fā)電可連續(xù)長期工作、無容量限制和蓄電池安靜、高效的優(yōu)點(diǎn)。目前燃料電池多采用液態(tài)氫燃料，在燃料極中，供給的氫燃料氣體分解成氫離子和電子，氫離子移動(dòng)到電解質(zhì)中與空氣極側(cè)供給的氧氣發(fā)生反應(yīng)。電子經(jīng)由外部的負(fù)荷回路返回到空氣極側(cè)，參與空氣極側(cè)的反應(yīng)。當(dāng)不斷輸送燃料時(shí)，電能將源源不斷地產(chǎn)生。由于化學(xué)反應(yīng)的生成物為水，具有無污染、紅色環(huán)保的特點(diǎn)。此外， 燃料電池還具有能量轉(zhuǎn)化效率高（可達(dá)到60%）、使用安裝靈活、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)和無污染等優(yōu)點(diǎn)。目前燃料電池技術(shù)在軍事通信、軍用發(fā)電、艦船電力推進(jìn)等場合已開始應(yīng)用。

3.新型電能變換與控制技術(shù)。大多數(shù)信息化設(shè)備的終端輸入電源為直流電，而初級(jí)電能基本都為高壓交流電，因此需要對(duì)電能進(jìn)行變換，這就使得在信息系統(tǒng)電源中需要有電能變換與控制單元或設(shè)備，比如高頻開關(guān)電源、UPS、內(nèi)嵌式電源模塊都屬于這樣的功能單元。隨著電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和生產(chǎn)工藝技術(shù)的迅猛發(fā)展，信息系統(tǒng)電源大量使用MOSFET、IGBT等電力電子器件和微芯片電腦控制器，使其體積重量不斷減小，功率密度、可靠性、穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)換效率、環(huán)境適應(yīng)性及智能化程度不斷提升，目前中大型電源系統(tǒng)都可以實(shí)現(xiàn)無人值守、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，對(duì)固定電源系統(tǒng)甚至可以實(shí)現(xiàn)溫度、濕度、酸堿度等環(huán)境因素監(jiān)控。

三、結(jié)束語

近些年來信息系統(tǒng)電源技術(shù)飛速發(fā)展，盡管還有一些瓶頸技術(shù)有待解決，但在國內(nèi)外科技人員的不懈努力下，各瓶頸技術(shù)的性能參數(shù)也一直不斷被突破。

未來，仍需要提高化學(xué)電池的容量、充電效率、使用壽命，提升電力電子器件的可靠性、壽命周期，降低功耗，開發(fā)優(yōu)化電路拓?fù)洌瑑?yōu)化系統(tǒng)性能參數(shù)，屆時(shí)，全電源系統(tǒng)的性能將進(jìn)一步提升。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]劉寶慶.現(xiàn)代通信電源技術(shù)及應(yīng)用[M]. 北京：人民郵電出版社，2012.

[2] 微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.