淺談信息系統電源新技術

王琦 張衛鋒 伍建華

【摘要】? ? 傳統的信息系統電源存在設備重量、體積大，環境影響大、能量轉換效率低等缺點。近年來，基于新材料、新工藝和新技術的不斷發展應用，電機、電力電子器件、微處理器等核心部件的性能不斷得到擴展與提升，由此帶動了信息系統電源中動力發電單元、電能變換與控制單元、能量存儲單元性能的飛速發展。為解決傳統信息系統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。

【關鍵詞】? ? 信息系統? ? 電源? ? 柴油發電機? ? UPS 開關電源

一、信息系統電源技術概述

1.信息系統電源的功能與組成。信息系統電源是信息系統的心臟，為信息系統的正常運行提供可靠、穩定、不間斷的電能。根據各類信息系統工作機制的不同，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等電壓等級不等的直流電源。信息系統的交流電源通常為市電和柴油發電機組電源，在某些高海拔或海島地區也可能是風力發電機組電源或光伏逆變電源。信息系統的直流電源通常是各類基于電力電子電能變換技術的開關電源、普通內嵌模塊電源、光伏電池、蓄電池等。

2.信息系統電源的分類與特點。信息系統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;按照電源的移動性能分為移動電源和固定電源，如通信電源車、拖車電站為移動電源，室內開關電源柜為固定電源。按照初級能源性質可分為傳統電源和新能源電源，如光伏電池和風力發電機組為新能源電源。信息系統電源的基本特點是體積重量小，功率密度大，穩定性、可靠性高，對要求較高的信息系統應具備不間斷供電能力。

二、信息系統電源新技術

1.動力發電新技術。柴油發電機組作為市電的備用電源在生產生活中已有一百多年的歷史，其具有可靠、穩定、簡單等優點。但柴油或汽油發電機組也有其笨重、高噪音、移動性差等不利的一面。目前歐美在軍用武器裝備系統、政府機關、醫院、數據中心等場合已開始使用微型燃氣輪發電機組作為備用電源，微型燃氣輪發電機組采用微型燃氣輪機作為動力源，采用高速永磁同步發電機作為能量輪換設備，轉速在5萬-10萬rpm之間，功率等級在10kW-1000kW之間。相對柴油發電機組而言，微型燃氣輪發電機組具有體積重量與噪音振動小、功率密度高、移動便捷等優點。

2.燃料電池技術。普通蓄電池將化學能儲存在一定體積的容積內，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，發電時分別將燃料和空氣送進燃料電池電極，將存在于燃料與氧化劑中的化學能直接轉化為電能的發電裝置。它與有正負極和電解質的蓄電池相似，又與具有燃料箱的動力發電裝置有相似之處，兼有動力發電可連續長期工作、無容量限制和蓄電池安靜、高效的優點。目前燃料電池多采用液態氫燃料，在燃料極中，供給的氫燃料氣體分解成氫離子和電子，氫離子移動到電解質中與空氣極側供給的氧氣發生反應。電子經由外部的負荷回路返回到空氣極側，參與空氣極側的反應。當不斷輸送燃料時，電能將源源不斷地產生。由于化學反應的生成物為水，具有無污染、紅色環保的特點。此外， 燃料電池還具有能量轉化效率高（可達到60%）、使用安裝靈活、環境適應性強和無污染等優點。目前燃料電池技術在軍事通信、軍用發電、艦船電力推進等場合已開始應用。

3.新型電能變換與控制技術。大多數信息化設備的終端輸入電源為直流電，而初級電能基本都為高壓交流電，因此需要對電能進行變換，這就使得在信息系統電源中需要有電能變換與控制單元或設備，比如高頻開關電源、UPS、內嵌式電源模塊都屬于這樣的功能單元。隨著電力電子技術、自動控制技術和生產工藝技術的迅猛發展，信息系統電源大量使用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、穩定性、轉換效率、環境適應性及智能化程度不斷提升，目前中大型電源系統都可以實現無人值守、遠程網絡監控，對固定電源系統甚至可以實現溫度、濕度、酸堿度等環境因素監控。

三、結束語

近些年來信息系統電源技術飛速發展，盡管還有一些瓶頸技術有待解決，但在國內外科技人員的不懈努力下，各瓶頸技術的性能參數也一直不斷被突破。

未來，仍需要提高化學電池的容量、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，開發優化電路拓撲，優化系統性能參數，屆時，全電源系統的性能將進一步提升。

參? 考? 文? 獻

[1]劉寶慶.現代通信電源技術及應用[M]. 北京：人民郵電出版社，2012.

[2] 微型燃氣輪機發電技術[M].北京：機械工業出版社，2012.