XPON—ONU光網絡設備后備供電的原理與應用

摘 要：本文通過對E（G）PON-ONU設備后備供電的分析，敘述了形成問題的原因，給出了具體的設計方案，并從原理上對整機電路的組成結構、控制方式進行了系統的說明。

關鍵詞：E（G）PON-ONU；后備供電；遠端監控

1 我國當前通信運營業務的主要承載方式及存在問題

隨著現代社會高速光網絡通信需求的不斷加快，以新型的E（G）PON光纖接入網技術和用戶側ONU光網絡單元設備開始大量使用， 它的點到多的無源光纖傳輸結構、在物理層采用了PON技術，在鏈路層使用以太網協議，利用PON的拓撲結構實現了以太網的接入。綜合了PON技術和以太網技術的優點并提供了多種業務。具有低成本；高帶寬；擴展性強，靈活快速的服務重組；與現有以太網的兼容性；方便的管理和安裝容易等突出特點，已經成為當前數據、語音、寬帶等多種業務的主要承載手段，是當前通信行業數量最多的基礎通信設施。

由于絕大多數的E（G）PON-ONU設備分散安裝在遠端戶外側的普通設備箱內，運行環境普遍較差，由局端連接到遠端用戶側的E（G）PON-ONU設備的光纜，不能承載供設備運行的電力供應。因此E（G）PON-ONU設備的供電只能依靠所在區域的小環境提供，而這些小環境區域的供電狀況令人擔憂，經常性的線路故障、隨意拉閘停電等中斷電力供應的現象十分普遍，尤其是在縣以下地區每年的春夏用電高峰季節更為突出。

上述原因就成為制約當前通信發展的主要因素，至今尚無有理想的解決辦法被采用，盡管有些廠家為其生產的E（G）PON-ONU設備配備了簡單的UPS逆變電源設備，但因其轉換效率低、后備供電的時長短、低電壓啟動困難、以及不具有完善防護功能且售價較高等原因，很難在實際的運行中得到普遍推廣。因此E（G）PON-ONU光接入設備的后備供電問題，就成了制約當前通信行業發展和運營的突出難點。

2 實現E（G）PON-ONU后備供電的原理與方法

根據我國目前廣泛采用的E（G）PON-ONU設備的供電大都采用的交流220V和直流48V兩種方式供電，從經濟適用又便于維護等要求考慮，一般采用AC 220V為常備供電電源，后備供電則依靠DC 直流48V，這主要是考慮了E（G）PON-ONU設備大部分建立在遠端的用戶側，便于使用48V的蓄電池對實現對E（G）PON-ONU設備的后備供電，具體的實現原理及方法如下：

（1）設置智能化管理模塊，對整機控制功能實現集中管理

后備供電系統的整體設計可選擇高性能單片機芯片，作為全機的中央處理器主控單元，通過數據總線對全機的各個執行單元模塊，按照事先設定的各項程序實行智能化控制，并將整機的所有控制程序完全置于中央處理器的統一管控之下，以確保整機的各個功能單元模塊的穩定準確運行。

（2）智能化的蓄電池組的充放電控制

后備供電系統為了保證膠體48V蓄電池的長壽命運行，對蓄電池的充放電程序進行了完全智能化的控制，在正常情況下充電時，當蓄電池的電壓高于55.6伏的額定浮充電壓時，系統即自動終止對蓄電池的充電，（只保持微量的充電涓流）。當蓄電池的電壓低于49.4V的可充電壓區時，系統自動啟動充電器對蓄電池充電。

當交流斷電，蓄電池執行放電情況下，系統一旦檢測到蓄電池電壓低于46.4V的極限放電值時，系統便自動停止蓄電池的放電，以確保蓄電池不會因過度放電而損壞。

當交流電恢復供應時，系統又自動恢復對蓄電池的充電，對于采用鐵鋰電池作為后備供電儲能源的可單獨考慮智能型的鐵鋰電池充放電保護電路。

（3）對后備供電系統在大電流狀態下實現供電快速轉換的時間響應特性的實現

為了保證后備供電系統在實施AC-DC或DC-AC的供電轉換過程中，不影響光網絡設備的正常通信，既保證網絡通信不發生瞬間中斷現象，要求實施AC-DC 或 DC-AC的供電轉換的控制器件，應該具有高速大電流的切換性能，根據實際轉換供電中斷的性能測試的表明：當發生AC-DC 或 DC-AC的供電轉換響應時長應保持在≦5MS以下。該項指標對于有效提升E（G）PON-ONU設備的防護和后備供電裝置的可靠性與穩定性等關鍵技術指標具有重要作用。

（4）增設具有高性能的遠端動態綜合數據的監控功能

為了實施遠端集中監控，同時又利用現有的光網絡通信資源，可考慮實現功能互補、整機組合，對兩系統的運行和功能狀態實施綜合數據監控，將后備供電系統的靜動態運行數據，隨時通過數據接口與遠端的控制中心相連接，這樣設立在遠端的E（G）PON-ONU控制中心可以通過監控對本組合系統進行實時監控。

另外也可利用這套監控資源對遠端E（G）PON-ONU設備的防盜、防火、門禁、和視頻連接探頭實現集中管理，提高設備的管理效率。

（5）智能型的蓄電池組自動轉換功能

該功能可以根據鐵鋰和鉛酸兩組不同類型的后備蓄電池組，在不同的使用環境下自動實現轉換，最大限度的提高后備供電的利用效率。

目前市場上用于后備供電設備的儲能蓄電池，基本上有鉛酸型免維護膠體電池和鐵鋰型專用蓄電池兩種。

鉛酸型免維護膠體電池的特點是：性能較為穩定、蓄電容量大、價格較低、更換和取材方便，無需后期維護。缺點是低溫性能較差，在嚴寒的冬季使用，蓄電池的充放電性能下降較大，并且有充放電次數的限制、較易造成環境污染。

鐵鋰電池與傳統的鉛酸蓄電池相比優勢明顯，主要有環保、體積小、單位條件下的能量密度較大、能連續循環使用，壽命較長、尤其是低溫性能較好等突出特點。缺點是：價格相對較高蓄電池的電能儲能量較小。

為了增大后備供電儲能蓄電池的放電時間，后備供電裝置專門設計了鐵鋰和鉛酸兩組蓄電池，能夠根據實際需要和環境狀態，自動完成連接轉換的智能型子控制系統，該子系統功能的的主要實現方式為：在平時通信業務量較大且設備用電消耗電量大春夏秋三個季度適宜的溫度環境下，該子系將通過溫度采樣，自動選擇儲能量較大的鉛酸蓄電池，作為主供電電池，鐵鋰蓄電池作為連接在第二級位置上的備用供電電池。正常情況下，主供電源承擔著后備供電主要充放電任務，備供的鐵鋰蓄電池，處于脫離負載的小涓流浮充維持均壓狀態。當環境溫度接近或低于5℃時，鐵鋰蓄電池自動轉為主供蓄電池，鉛酸膠體蓄電池轉換為備供蓄電池脫離負載。

根據以上功能要求而設計的集后備供電和遠端監控等綜合功能為一體的，E（G）PON-ONU設備智能型后備供電原理方框圖如下圖所示：