通信电源中开关技术应用及管理与维护

摘 要： 通信电源是通信行业的动力，在电信网络中发挥着不可替代的作用，具有无可比拟的重要基础地位，通信电源的安全可靠是保证通信系统正常运行的重要条件。

关键词： 开关电源； 线性电源； 高频开关

中图分类号： TN807 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2013）01-0039-02

引言

通信电源是通信行业的动力，在通信网络中发挥着不可替代的作用，具有无可比拟的重要基础地位。通信电源又是通信设备系统的心脏，即使是瞬间的中断也是不允许的，因为通信电源系统发生直流供电中断故障是灾难性的，往往会造成整个通信局（站）和通信网络的全部中断和瘫痪。通信电源是通信网络中不可缺少的重要组成部分，是一个完整、规模日趋庞大和复杂的交换、传输、数据、信息、业务、智能等通信网的基石和后台保障，因此通信电源直接关系到整个网络的稳定、可靠和畅通，而开关电源因效率高、体积小、重量轻等优点被大量运用在通信设备供电中。

一、通信电源中开关技术应用分析

通信直流稳压电源按照其实现直流稳压方法的不同，可分为：线性电源、相控电源和开关电源三种。

1.线性电源是通过串联调整管来连续控制，其功率调整管总是工作在放大区。由于调整管上功率损耗很大，造成电源效率较低，只有20～40%，发热损耗严重，安装有体积很大的散热器，因而功率体积系数只有20～30W/dm3。因此线性电源主要用于小功率、对稳压精度要求很高的场合，如通信设备内部电路的辅助电源等。

2.相控电源是将市电直接经整流滤波后提供直流，通过改变晶闸管的导通相位来控制直流电压。由于相控电源的工作频率低，工频变压器的体积和噪声大，造成对电网干扰和负载变化的响应慢，设备笨重，且危害维护人员的身体健康。另外，其功率因数较低，只有0.6～0.7，严重污染电力电网，效率较低，只有60～80%，造成能源的极大浪费。因此传统的相控电源已逐渐被淘汰。

3.开关电源的功率调整管工作在开关状态，主要的优点在“高频”上。其工作频率高，大都在40kHz以上，无烦人的噪声。体积小，重量轻，适用于分散供电，可与通信设备放在同一机房。效率高，大于90%，在当前能源比较紧张的情况下，能够在节能上做出很大的贡献。功率因数高，大于0.92，当采用有效的功率因数校正电路时，功率因数可接近于1，且对公共电网基本上无污染。模块化的设计，可实行N+1配置，可靠性高。维护方便，可在运行中更换模块，而不影响系统供电，扩容方便、分段投资，可在初建时，预留终期模块的机架，随时扩容。调试方便，内设模拟测试电路，无需另配假负载。具有监控功能，并配有标准通信接口，可实现集中监控，无人值守。

通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中，通常将整流器称为一次电源，而将直流-直流（DC/DC）变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中，传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代，高频开关电源（也称为开关型整流器SMR）通过MOSFET或IGBT的高频工作，开关频率一般控制在50-100kHz范围内，实现高效率和小型化。近几年，开关整流器的功率容量不断扩大，单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。

因通信设备中所用集成电路的种类繁多，其电源电压也各不相同，在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块，从中间母线电压（一般为48V直流）变换成所需的各种直流电压，这样可大大减小损耗、方便维护，且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上，对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加，通信电源容量也将不断增加。

二、开关电源的关键技术

（一）均流技术

大功率电源系统需要用若干台开关电源并联，以满足负载功率的要求，另外通信电源必须通过并联技术来实现模块备份，以提高电源系统的可靠性。因此并联技术在供电系统中必不可少，而并联运行的整流模块间需要采用均流措施，它是实现大功率电源系统的关键，用以保证模块间电流应力和热应力的均匀分配，防止一台或多台模块运行在限流或满载状态，同时延长电源系统的寿命和平均无故障时间。

（二）软开关技术

DC-DC变换器是开关电源的主要组成部分，因此功率变换技术一直受到全世界电力电子学科和行业研究的关注。而如何降低开关损耗，提高开关电源的频率和开关电源的系统效率，代表了开关电源的发展趋势。在经过了硬开关PWM（或PFM）技术和硬开关加吸收网络技术后，软开关技术得到了广泛应用。这样能够极大地降低开关损耗，减小功率器件电和热应力，改善器件工作环境，降低电磁干扰，提高功率密度等，为开关电源实现高效、节能、体积小、重量轻和高可靠性的要求做出了贡献。软开关技术有：谐振技术、准谐振技术、PWM和准谐振相结合的技术。

通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化，模块采用高频PWM技术，开关频率在500kHz左右，功率密度为5W～20W/in3。随着大规模集成电路的发展，要求电源模块实现小型化，因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构，目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块，功率密度有较大幅度的提高。

（三）功率因数校正技术

功率因数校正技术有：采用三相三线制整流，即无中线整流方式，可使谐波含量大大降低，功率因数可达0.86以上；采用无源功率因数校正技术，即在三相三线整流方式下加入一定的电感，可使功率因数达0.93以上，谐波含量降到10%以下；采用有源功率因数校正技术，即在输入整流部分加入一级功率处理电路，使无功功率几乎为0，功率因数可达0.99以上，谐波含量降到5%以下。

（四）智能化监控技术

开关电源大量应用控制技术、计算机技术，进行各种异常保护、信号检测、电池自动管理等，实时监视通信电源设备运行状态，记录和处理有关数据，及时发现故障，以先进的、集中的、自动化的维护管理方式来管理通信电源设备，从而提高供电系统的可靠性。智能化监控技术的应用，使得维护人员面对的不再是复杂的器件和电路，而是一个人机表达和交流的信息，大大改进了维护管理方式。

三、开关电源的发展

开关电源在发展，今后仍要不断提高开关电源和供电系统的高新技术含量，以支撑高速发展的现代化通信网络的建设和运行维护管理为主导方向，以高可靠性、高稳定性和可维护性为最终目的。具体有以下几个方面：

（一）小型化

随着通信设备日益集成化、小型化和分散化的发展，以及势在必行的分散供电的广泛应用，要求开关电源也相应小型化，而开关电源工作频率高频化和控制电路集成化，使开关电源的小型化成为可能。特别是随着小型化开关电源的市场迅速扩大，如接入网、数据产品、移动基站、无线市话等，一些小功率模块插件形式的开关电源将应运而生，大有蓬勃发展之势。如中兴通讯的ZXDU45嵌入式电源，在结构上采用标准的19英寸插框设计，高度为4U，功能齐全，使用起来极为安全方便。

（二）高智能化

随着开关电源在通信领域多方面的广泛使用，而维护人员又不是专业电源维护人员，只有借助其智能化，对电源设备的运行状态自动检测，对电源故障及时发现、诊断和处理。这就要求智能化在原有监控功能的基础上，增加诊断功能，即故障诊断专家系统，以指导维护人员处理问题，加快故障诊断和检修过程。

（三）电池管理

电池在通信电源系统中的重要性，要求开关电源应具备完善的电池管理功能，充分考虑到电池对管理的需求，全方位地管理电池。也就是说，我们不能满足于对电池的均/浮充、温度补偿、电池保护等方面的管理，还要在电池的充/放电曲线、容量测试、容量恢复等方面进行高层次的管理。

（四）多功能性

开关电源的设计应有更大的灵活性、自由度，功能强大，以满足不同设备、不同用户、不同环境对供电的要求。而实现某一功能是通过安装电路板（或功能块）来完成，这类似于计算机的硬件扩充（如需要上网，只要安装网卡即可完成）。这样用户可根据实际情况合理控制建设资金，开关电源运营商可根据要求制定合理的竞争价格，最终达到用户和开关电源运营商“双赢”的目标。

四、通信电源的管理与维护

1.加强对电源设备的重视，电源设备与通信网中的其它设备（如交换、传输等）有较大的不同，本质上，电源设备是机电设备而非通信设备。正因为如此，在通信中它得不到充分的重视，无论是在组织机构、人员、资金还是管理上，都得不到相应的保证。然而，必须看到，通信电源作为整个通信电信网中的能量保证，它的作用是整体和全局性的。虽然它不是通信网主流设备，但它却是通信网中最重要、最关键的设备。

2.加强电源管理上的专业化，对通信电源要求通信网上的各级管理层次和建设、维护方面应该有独立的电源专业管理机构和人员。因为通信电源是一个专业，而且是个包括多种系统和学科的大专业，因此，应该对它作相应的专业管理，由其它专业人员来兼管电源专业是不够的，也是不科学的。

3.加强蓄电池维护，通信电源涵盖范围很广，它至少应包括交流高电压、自备柴油发电机、UPS整流装置、蓄电池组、防雷接地、动力环境监控等这几大系统。在这几类系统中，直流系统和USP是直接供给通信负荷的，因此最为重要。而在这些系统中，蓄电池作为不间断供电的保证，在整个电源系统中最为关键。蓄电池不但在交流系统或整流系器出现问题是保证不间断供电，而且还能在市电和自备柴油发电机正常转换时提供保证。所以蓄电池是整个通信电源系统维护的关键。

4.通信电源系统的防雷，通信电源的管理还包括对外来引入电流、电压的管理措施，碰触电力线和雷击就是最主要的强电流、电压的引入方式。为了防止雷电产生的过电压过电流损坏电源设备，在通信电源系统中，通信机站一般设有防雷接地装置，其接地阻值≤5Ω，在土壤电阻率低的地方，接地阻值应≤1Ω。在通信电源系统中，要求防雷接地线一定要与工作接地和保护接地线分开，而在电力通信电源系统中，要求防雷接地、工作接地、保护接地共用一组地线。

结束语

综上所述，在通信网的构成中，电源是它的“血脉”，是确保通信畅通的必要条件。只有从主观上足够重视，并创造良好的客观运行环境，做到管理专业化、制度化，设备、技术先进化，操作、维护现代化，才能保证通信电源系统和通信管理系统的安全运行，确保通信的可靠畅通。