通信電源技術的發展與應用

馬天翼 韓佔運

（中國直升機設計研究所 江西省景德鎮市 333001）

隨著我國經濟水平飛速發展，地方基礎設施建設日趨完善。數字通信產業在當今社會中發揮著重要作用，并具有廣闊的發展前景。在通信產業飛速發展的推動下，通信相關的產業競爭日趨激烈。隨著技術的不斷進步，通信電源也呈現出顯著的進步。因此，無論是通信電源設備的創新還是組件性能的提高，都是從通信電源的發展過程中發展而來。通信電源技術正在朝著更先進的技術發展，不斷創新核心業務的發展[1]。

1 通信電源技術意義

在通信電源領域中，采用先進和自動化的管理和維護方法來管理通信電源功率是未來發展的方向。集中監控的目標是遠程控制、測量和控制分布式電源。通過集中控制，可以起到實時監控設備，進而全面了解設備的的運行狀態，及時發現運行中的問題和故障，從而提高了通信電源系統的可靠性。各種電源監控系統的使用，并且結合了現代化通信技術和計算機技術，極大地方便了系統的維護和管理。當前，通信行業中的許多國內外制造商已經實施了各種監控方式[2]。

2 通信電源技術監控系統存在的問題

通信電源系統具有其自身的特征和要求，智能設備和非智能設備種類繁多，監控內容要求也不同。大多數監控設備提供的工業計算機控制技術，在處理功能和警報消息方面與通信中央電源監控系統的不完全兼容。在系統的處理能力和配置方面，工程適用性較差。通信功率監控系統應進一步提高系統性能，實時性能改進是衡量通信功率，控制系統的重要性能指標，一種是系統對被跟蹤物體的各種情況的反應速度，另一種是存在操作員問題時的設備跟蹤。用于控制單元的計算機必須具有強大的實時性能，當順序執行各種采集和控制操作時，速度必須快，并且不同優先級的操作是非常徹底的。因此，應使用數據傳輸通道代替模擬傳輸通道，提高可擴展性和可持續性。由于通信電源產品更新迅速，用戶要求的系統容量不同，為達到用戶需求的狀態，因此要求監控系統適應不同型號，以及不同需求的的監控設備。同時，應盡可能采用現代化管理中的模塊化結構，保證維修后的工作條件和準確性不受影響。作為設備監控單元，可靠性改進監控系統直接監控和控制設備的運行。必須具有極高的可靠性，否則將根據情況導致錯誤的檢測，在嚴重的情況下將導致直接的經濟損失，并造成不利的社會影響。在市場經濟時代，這些問題將嚴重損害企業聲譽。高可靠性要求監控系統的軟件和硬件必須合理。因此，監控系統的人機界面的設置應趨于簡單化，使相關人員易于操作和使用。合理的創建監控系統平臺，相關人員必要對平臺的各個模塊進行科學的分析和研究，以實現實時的本地監控。在整個中央監控系統平臺中，一般分為監控站和監控中心，使系統自身軟件和硬件的進度必須具有更高的可靠性和合理性[3]。

3 通信設備對電源系統的要求

為了確保通信，相關單位在提高通信設備的可操作性的同時，還必須加強設備電源系統的可靠性。在通信設備的作用中，一旦電源系統出現故障，將對通信產生巨大影響。為了確?？煽康碾娫垂?，直流電源系統采用帶有整流器和電池的并聯可變負載電源供應方式。同樣，在開關整流器中，多個整流器模塊并聯運行，因此，如果特定模塊發生故障，電源不會受到影響。各種通信設備在實際運行過程中，需要穩定的電源電壓。如果電源電壓過高，則會對通信設備的功能和其他電子組件造成破壞。如果電源電壓過低，將會導致通信設備不能正常運行。另外，還需減小電源裝置的體積，而且還需減小電源裝置的重量。近年來，隨著通信設備的增加，電源負載也在增加。相關單位應該以節省能源，主要的節能措施是使用高效的通信電源設備，可以提高高頻開關電源的效率，因此使用高頻開關電源可以節省能源[4]。

4 通信電源系統結構及功能研究

組合電源是一個完整的組合通訊電源系統。在該系統中，包含了交流配電、整流部分、直流配電、蓄電池組和監控系統。如圖1所示。

圖1

交流配電單元連接市電，并在切換后發送到電力系統。通過交流配電后，一部分提供到開關整流器當中，另一部分用作備用輸出。當電網發生故障時，系統會自動切換至電網或柴油發電機。電源由電池提供，兩個主電源輸入必須形成機械或電氣互鎖，這樣設置可以有效避免兩個交流輸入發生短路的現象。兩者之間的切換通常在小型系統中自動形成切換，但是如果在大型系統中，則需要手動才能完成切換。另外，在交流電源故障的情況下，系統中的交流電源分配會提供應急照明的輸出。在交流配電單元中，交流防雷可以起到保護了整個電源系統安全的作用，也為整個電源系統提供了必要的保障。因此，系統的防雷設備，相關人員應選擇具有遠程信號的連接方式，利用該方法來連接防雷設備。在整個組合中，交流配電單元將具有監控、檢測和通訊功能，相關單位應該仔細選擇合理的配件，作為組合系統中的交流配電單元組件。整流器是將交流電轉換為直流電，這種類型的整流器電路，用來控制輸出電壓的開關，因此該整流器被稱為相控整流器。相控整流器的特點是體積大、效率低，在使用中，能造成電網受污染的情況，并產生大量的工作噪聲。在整個組合中，高頻開關整流器應選擇現代化新一代開關器件，新型的開關器工作頻率更高，并且占用的空間并不大，還能消除工作中的了噪聲。由于現代化電子技術的飛速發展，新型的技術和新型的裝置繼續應用于高頻開關整流器當中。整流器框架一方面為整流器模塊提供結構支撐，另一方面，整流器框架具有母線，以將整流器模塊的直流輸出。開關整流器在輸出的時候，需要通過母線，用于連接到直流配電單元，然后將輸出分配，以滿足不同用戶的需求。為了確保未連接開關整流器，備用電池在輸出總線時為負載供電。直流配電單元的主要技術是確保電壓降小，屏幕的準確性以及監控的可靠性能。內部布局可以根據用戶需要靈活更改，頂線和底線可用于促進項目實施[5]。

5 對監控系統的要求

構成監控系統的每個監控級別都必須能夠實時監控被跟蹤對象的狀態，并在發現故障時立即發出警報。每個監控級別都具有多事件和多點同時報警功能。監控系統軟件和硬件必須經過合理的設計并測試，其管理功能應具有模塊化結構，通過模塊化的管理，才能確保具有最大的可擴展性，在可擴展性的同時，還需靈活管理，以滿足不同監控對象的網絡需求。在選擇監控系統時，應考慮監控系統不應影響組件設備的正常運行，不能對其造成不必要的干擾，而應使用內部控制功能。當監控系統驗證或調整被監控設備的參數時，控制閥值必須始終保持在安全范圍內。當受控設備處于運行狀態時，還要使所采用的監控系統可以正常工作。因此，監控設備不應產生干擾受控設備的電磁干擾。另外，在選擇監控系統時，相關人員需要對監控系統進行合理的研究，要使監控系統必須能夠監控具有不同要求的設備，并且不得損壞任何設備的接地系統。并且所選的監控系統必須具有自查功能，即自我診斷功能和自我警報功能，在檢測出問題時，系統需要診斷出故障類型，并發送設置好的警報類型。當監控設備發生故障時，受控設備的正常操作和手動控制功能將不會受到影響。監控系統設備必須由交流或直流不間斷電源供電，以避免因斷電而導致業務中斷[6]。

6 功率因數校正

在交流輸入端，在抗干擾電路之后串聯一個大電感，以強制電源的一般負載特性。無源電感器只需要使電網頻率與工頻變壓器中常用的硅鋼片芯匹配即可，以降低充電電流的峰值。只需要在二極管整流橋添加無源元件，即可改善輸入電流波形，但無法控制輸出電壓。在整流后使用極小的電容器，就可以達到預期效果，并且可以改善電流波形。最簡單的方法之一是增加一個電感，以使電流在AC 電壓的零交叉點處過零。該方法理論上可以實現最高的功率因數。為了保持電感器電流的連續性，電感器必須具有較大的值，以使直流側的電流波與交流輸入電流的波形相似，從而達到其功率因數，還需達到實際的功率因數，但是相關設計的電感理論值必須是最大值。因此實際上只能獲得功率因數。諧振網絡也可以用來增強輸入電流波形。由串聯諧振網絡組成的帶通濾波器以網絡的頻率諧振。對于工頻，需要較大的電抗分量，因此對于高頻情況具有實用價值。無源功率因數校正的優點是電路簡單可靠，對噪聲和紋波不敏感[7]。

7 通信電路保護的設計

電路設計的目的是保護電源不受損壞。當交流市電輸入電壓超過或低于該值時，整流器模塊的檢測電路可防止為電路提供輔助電源。當電源電壓正常時，模塊會自動恢復輸出的功能。直流輸出的時候還應保護過壓和欠壓。在實際使用中，為了防止過壓事件的發生，當感測電路移動時，其相關的輸出超過控制器的高電平時，必須迫使所使用的輸出脈沖關閉。在通信電路的保護設計中，電源的輸出設定值是固定的，當實際運行中發生過壓時，鎖存電路將被激活，激活使用后以保持輸出開路。在電路保護設計中，為了提高電路的抗干擾能力，相關人員需將鎖存電路插入到相應的過壓檢測電路中。低壓輸出低壓警報模塊的輸出不會關閉，不會生成警報信號。此外，用戶可以通過監視軟件設置自己的輸出過電壓和欠電壓值。過電流保護是一項專業的保護技術措施，合理的使用過電流保護可在輸出電流超過額定值時，使其能夠保護電源及相關配件，可以保護相關組合件免受損壞。為反映過電流信號，目前最常見方法是串聯采樣電阻，利用該方法可以很便捷的控制系統，該方法可以直觀的控制，并且響應速度非?？?，最重要的是可以快速而準確地反映過電流，但是該方法也有缺點，那就是運行時損耗很大，并且不能反映出其他錯誤。為此，在實際使用電流互感器采樣方法時，相關人員應根據實際情況采用兩級檢測保護電路。為了確保系統在運行情況時，出現的異常情況和線路故障，相關組件可以提供可靠的保護，使用阻塞輸出脈沖可以保護系統的案例，也可以使用中斷輸入的方法，通過一系列方法來確保輸出過流時系統的安全。對于系統運行過熱保護方法是，在相關系統運行中，當機器內部的溫度上升到之前所設計保護臨界時，相應的控制電路將提高工作頻率，在提高其工作頻率的同時還對電壓的輸出降低，減少機組的工作負荷，以此來達到降低溫度的目的。在評估了微機監控系統和模塊軟件之后，采取相關的處理措施，并提取了一組控制信號來控制開關整流器模塊。由于保護功能的一部分由軟件執行，因此系統的靈活性更強，尤其是某些錯誤不需要很高的實時處理能力，因此使用計算機監控系統更加方便。

8 結束語

綜上所述，在通信網絡系統中，通信電源作為重要組件起著重要作用。盡管當前的通信電源技術已經取得了一定程度的進步，但仍需要不斷研究，并繼續進行改進，增加設計和研發力度，提高通信電源的穩定性和安全性，促進相關行業的可持續發展。