淺談通信電源中的開關(guān)電源

孫程

摘要：通信電源作為通信設(shè)備系統(tǒng)的重要?jiǎng)恿?yīng)，其基礎(chǔ)地位無(wú)可動(dòng)搖，因此本文主要從通信電源中的開關(guān)電源的不同種類出發(fā)，并介紹了開關(guān)電源的關(guān)鍵技術(shù)，最后提出了開關(guān)電源技術(shù)未來(lái)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：通信電源;開關(guān)電源;關(guān)鍵技術(shù)

一、引言

若通信電源的直流供電系統(tǒng)發(fā)生瞬間中斷故障，則會(huì)對(duì)整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)造成災(zāi)難性的過后，甚至?xí)?dǎo)致整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的短時(shí)中斷，甚至癱瘓。因此，如何達(dá)對(duì)通信電源進(jìn)合理設(shè)計(jì)，則是整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換和傳輸，整體信息處理和業(yè)務(wù)順利進(jìn)行的重要保障。

二、通信電源中直流穩(wěn)壓電源的分類

目前，可以按照直流穩(wěn)壓實(shí)現(xiàn)的不同方式，將其劃分為相控電源、線性電源以及開關(guān)電源。

2.1 相控電源

相控電源指的是對(duì)市交流電進(jìn)行整流濾波后可以轉(zhuǎn)換為直流進(jìn)行供電，而且直流電壓的控制則是通過晶閘管的導(dǎo)通相位的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是，相控電源的工頻變壓器的體積較大、設(shè)備笨重;工作頻率較低、產(chǎn)生的噪音也較大，而且對(duì)電網(wǎng)干擾以及負(fù)載變化響應(yīng)速度慢。另外，由于其功率因數(shù)約為0.6～0.7，效率很低，造成了極大的能源浪費(fèi)，因此，市面上已經(jīng)不再采用此項(xiàng)技術(shù)。

2.2 線性電源

線性電源為了達(dá)到連續(xù)控制的目的，主要通過串聯(lián)調(diào)整管來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是這樣造成的弊端是功率調(diào)整管一直工作在其放大區(qū)，會(huì)導(dǎo)致功率調(diào)整管產(chǎn)生較大的功率損耗，從而使得電源的利用效率較低，僅能達(dá)到20～40%。同時(shí)由于功率調(diào)整管的整體發(fā)熱損耗相當(dāng)嚴(yán)重，安裝時(shí)還要配備較大體積的散熱器。所以線性電源主要應(yīng)用于一些功率較小且對(duì)穩(wěn)壓精度要求比較高的作業(yè)場(chǎng)所例如輔助電源中。

2.3 開關(guān)電源

開關(guān)電源優(yōu)點(diǎn)是相控電源和線性電源無(wú)法比擬的，具體如下：

（1）工作頻率高，約為40KHZ及以上，且功率因數(shù)高約為0.92，因此節(jié)能效果突出，尤其有效利用功率校正電路時(shí)，其功率因數(shù)約為1，對(duì)公共電網(wǎng)基本零污染。

（2）其本身所占體積較小，重量也輕，噪聲小，因此在分散供電上具有相對(duì)優(yōu)勢(shì)

（3）采用模塊化的設(shè)計(jì)，在不影響系統(tǒng)供電的情況下，還可實(shí)時(shí)更換，因此后期維護(hù)更加便利。

（4）系統(tǒng)在進(jìn)行初期設(shè)計(jì)時(shí)，需要預(yù)留出終期模型中機(jī)架位置，以便后期隨時(shí)擴(kuò)容，無(wú)需另配假性負(fù)載。

（5）配有標(biāo)準(zhǔn)的通信接口，可以實(shí)時(shí)并集中模型進(jìn)行監(jiān)控，無(wú)需人員值守。

由此可見，開關(guān)電源的各種優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)在各行各業(yè)中得到充分發(fā)揮，且在通信設(shè)備及供電系統(tǒng)中逐漸取代了相控電源的位置，而且已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。

三、開關(guān)電源關(guān)鍵技術(shù)概況

最早的開關(guān)電源技術(shù)，是美國(guó)發(fā)明20kHz的DC/DC變換器后，研制出了高頻變換技術(shù)的整流器;到了1980年代底，英國(guó)制造出了48V成套開關(guān)電源;發(fā)展到了現(xiàn)代，開關(guān)電源技術(shù)中則大多數(shù)采用基于PWM技術(shù)的 MOSFET開關(guān)整流器的方式進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)[1]。目前，開關(guān)電源中常用的一些技術(shù)如下：

3.1 均流技術(shù)

在進(jìn)行基于均流技術(shù)的大功率電源系統(tǒng)的開發(fā)與設(shè)計(jì)時(shí)，為了滿足基礎(chǔ)電路負(fù)載功率的要求以及通信電源模塊備份的要求，需要將若干臺(tái)開關(guān)電源進(jìn)行并聯(lián)操作的方式才能實(shí)現(xiàn)。因此，采用一定的均流措施來(lái)實(shí)現(xiàn)整流模塊間的并聯(lián)運(yùn)行，是實(shí)現(xiàn)大功率電源系統(tǒng)的重中之重，而且通過均流措施，可以有效防止一個(gè)或者多個(gè)模塊在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)限流或者滿載的狀態(tài)，同時(shí)還能均勻分配各模塊間的電流應(yīng)力或者熱應(yīng)力。

在大功率電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，普遍采用的均流措施主要有主從法、輸出阻抗法、外加均流控制器法、按電流大小自動(dòng)均流法以及按熱應(yīng)力自動(dòng)均流法等。其中，效果最好，且形式簡(jiǎn)單的方法是則是按電流大小的自動(dòng)均流法。該方法程序中可自動(dòng)設(shè)置和選定主、從模塊（n個(gè)并聯(lián)模塊中，自動(dòng)選擇輸出電流最大的為主模塊，剩余為從模塊）。另外，主模塊會(huì)自動(dòng)依次整定各模塊的電壓，直到負(fù)載電流得到均勻分配，從而有效地解決了負(fù)載電流分配不均衡的問題。

3.2 軟開關(guān)技術(shù)

軟開關(guān)技術(shù)的工作原理是在硬開關(guān)的基礎(chǔ)上加入了LC諧振電路，當(dāng)開關(guān)變換時(shí)，LC諧振電路會(huì)使開關(guān)上的電流、電壓降為零，且開關(guān)在開通、關(guān)斷時(shí)的功率損耗也接近零，從而使開關(guān)變成理想意義上的零電流開關(guān)或者零電壓開關(guān)[2]。當(dāng)前，軟開關(guān)技術(shù)可以大體分為準(zhǔn)諧振技術(shù)、諧振技術(shù)、PWM與準(zhǔn)諧振相結(jié)合的一些技術(shù)。軟開關(guān)技術(shù)不但減小了功率器件中電應(yīng)力以及熱應(yīng)力的大小，還在一定程度上屏蔽了電磁干擾，降低了開關(guān)損耗，從而實(shí)現(xiàn)了開關(guān)電源的高效節(jié)能、提高了系統(tǒng)的可靠性。

3.3 功率因數(shù)校正技術(shù)

功率因數(shù)校正技術(shù)是為了進(jìn)一步提高電網(wǎng)的可靠性能并且提高輸入端的功率因數(shù)而提出的，具體技術(shù)詳見表1：

四、開關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)

隨著當(dāng)前供電系統(tǒng)中高新技術(shù)的滲透和應(yīng)用，開關(guān)電源技術(shù)的運(yùn)維管理模式也呈現(xiàn)出高穩(wěn)定性、高可靠性和高可維護(hù)性的方向進(jìn)行發(fā)展。

4.1 小型化

隨著通信設(shè)備向小型化、集成化以及分散化的趨勢(shì)不斷發(fā)展，分散供電的方式則被不斷的推廣和應(yīng)用，另外，開關(guān)電源的工作頻率也向高頻的方向不斷趨近，控制電路的集成化程度也日益增高，這兩個(gè)因素也在一定程度上使得開關(guān)電源向小型化的方向進(jìn)行發(fā)展。如今，開關(guān)電源市場(chǎng)中小型化電源的應(yīng)用也上升了到了一定的規(guī)模，而移動(dòng)基站、接入網(wǎng)、無(wú)線市話、數(shù)據(jù)產(chǎn)品也勢(shì)必要求開關(guān)電源向著小型化發(fā)展，同時(shí)也產(chǎn)生了基于小功率模塊插件的開關(guān)電源，小型化的體積更加方便用戶使用且更加安全。

4.2 高智能化

另外，通信領(lǐng)域中開關(guān)電源的應(yīng)用越來(lái)越多，但是卻缺乏相應(yīng)的專業(yè)維護(hù)人員，因此全自智能化自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。相關(guān)檢修維護(hù)人員可以借助高智能化系統(tǒng)，對(duì)通信電源系統(tǒng)中的各個(gè)設(shè)備的自檢狀態(tài)進(jìn)行檢修，并及時(shí)對(duì)故障信息進(jìn)行診斷和處理。增加高智能化的監(jiān)控通信系統(tǒng)，如故障診斷專家系統(tǒng)，可以使得檢修人員實(shí)時(shí)檢測(cè)、快速定位、迅速恢復(fù)，從而提升工作效率。

4.3 軟開關(guān)變換電路為主流

另外，軟開關(guān)變換電路的缺點(diǎn)還是很多的，尤其是在電路工作處在高頻范圍時(shí)，開關(guān)管則耐壓等級(jí)要求更高，并且散耗功率能力也要求更大，但是，軟開關(guān)變換電路的優(yōu)點(diǎn)卻足以彌補(bǔ)以上缺點(diǎn)，軟開關(guān)變換的開關(guān)器件一般不會(huì)受到頻率升高的限制，而且軟開關(guān)變換器的功率損耗理論上為零，因此軟開關(guān)變換電路技術(shù)還是會(huì)成為今后的發(fā)展主流，如零開關(guān)PM變換技術(shù)、零轉(zhuǎn)換PWM變換技術(shù)等，都為之后的通信電源系統(tǒng)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

4.4電池管理

在通信電源系統(tǒng)中，電池起著至關(guān)重要的作用，因此開關(guān)電源也應(yīng)該具備相對(duì)完善的電池管理功能。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，我們不能僅對(duì)電池的溫度補(bǔ)償、電池保護(hù)、電池的均/浮充等這些基礎(chǔ)層面進(jìn)行管理，還應(yīng)該加強(qiáng)高層次的管理，諸如電池的充/放電曲線、電池的容量恢復(fù)以及容量恢測(cè)試等進(jìn)行全方位的管理。

4.5 多功能性

開關(guān)電源還應(yīng)該向著多功能性發(fā)展，在通信電源系統(tǒng)中應(yīng)針對(duì)不同環(huán)境、不同用戶、不同的供電需求進(jìn)行靈活配置，而實(shí)現(xiàn)其中某項(xiàng)功能則是通過安裝電路板或者安裝功能塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，類似于計(jì)算機(jī)的硬件擴(kuò)充（如替換固態(tài)硬盤，安裝顯卡或者安裝網(wǎng)卡等）。開關(guān)電源的多功能性可以使用戶依照實(shí)際情況控制資金，而營(yíng)銷上也可以根據(jù)模塊化制定價(jià)格，最終達(dá)到雙贏的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉劍.移動(dòng)通信基站電力保障的分析與研究[M]. 西安理工大學(xué).2009

[2]王利軍.通信電源中開關(guān)技術(shù)應(yīng)用及管理與維護(hù)[J].西部大開發(fā)（中旬刊）. 2013（1）：39-40