综述-电力电子装置

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1、通信电源的相关概述通信电源的相关概述电力电子装置与系统综述电力电子装置与系统综述简述简述作为通信系统的“心脏” ，通信电源在通信局（站）中具有无可比拟的重要 地位。通信电源是确保通信畅通的必要条件。它与通信网中的其他设备，如交 换、传输等有较大的不同，本质上，它是机电设备而非通信设备。正因为如此， 它没有得到足够的重视，在组织机构、人员、资金、管理上都不能得到与其地 位相称的保证。在整个通信网的故障中，由通信电源而引发的故障占到了近五 成。 它包含的内容非常广泛，不仅包含 48V 直流组合通信电源系统，而且还包 括 DC/DC 二次模块电源，UPS 不间断电源和通信用蓄电池等。一个完整的通信

2、电源系统基本是由 7 个部分组成：交流引入和配电单元、整流系统和直流配电 单元、蓄电池组、监控系统、UPS 或逆变器等不间断电源、备用发电系统、接 地和防雷系统。 通信电源的核心基本一致，都是以功率电子为基础，通过稳定的控制环设 计，再加上必要的外部监控，最终实现能量的转换和过程的监控。通信设备需 要电源设备提供直流供电。电源的安全、可靠是保证通信系统正常运行的重要 条件，同时也是基本要求。一、一、 通信电源的基本特点（设备的要求）通信电源的基本特点（设备的要求）1.1 对电源的一般要求 1.可靠性高： 一般的通信设备发生故障影响面较小，是局部性的。如果电源系统发生直 流供电中断故障，则影响几

3、乎是灾难性的，往往会造成整个电信局、通信枢纽 的全部通信中断。对于数字通信设备，电源电压即使有瞬间的中断也不允许。 因为在数字程控交换局中，信息存在存储单元中，虽然重要的存储单元都是双 重设置的，若电源中断，两套并行工作的存储器同时丢失信息，则信息需从磁 带、软盘等重新输入程序软件，通信将长时间中断。因此，通信电源系统要在 各个环节多重备份，保证供电可靠。这就包括“多路、多种、多套”的备用电 源。在暂还没有条件达到“三多”配置的地方，至少应有后备电池。 2.稳定性高： 各种通信设备都有要求电源电压稳定，不允许超过容许的变化范围，尤其 是计算机控制的通信设备，数字电路工作速度高，频带宽，对电压波

4、动、杂音 电压、瞬变电压等非常敏感。所以，供电系统必须有很高的稳定性。 3.效率高： 能源是宝贵的，电信设备在耗费巨资完成设备投资后，日常的费用支出中，电费是一笔比重很大的开支。尤其随着通信容量的增大，一个母局的各种设备 用上百、上千安培直流的用电量已是司空见惯，这时效率问题就特别突出。这 就要求电源设备（主要指整流电源）应有较高转换效率，即要求电源设备的自 耗要小。 1.2 现代通信对电源系统的新要求 1低压、大电流，多组供电电压需求 低压、大电流，多组供电电压需求，功率密度大幅度提升，供电方案和电 源应用方案设计呈现出的多样性。 2模块化：自由组合扩容互为备用 提高安全系数，模块化有两方面

5、的含义，其一是指功率器件的模块化，其 二是指电源单元的模块化。实际上，由于频率的不断提高，致使引线寄生电感、 寄生电容的影响愈加严重，对器件造成更大的应力（表现为过电压、过电流毛 刺） 。为了提高系统的可靠性，而把相关的部分做成模块。把开关器件的驱动、 保护电路也装到功率模块中去，构成了“智能化”功率模块（IPM ） ，这既缩小 了整机的体积，又方便了整机设计和制造。 多个独立的模块单元并联工作，采用均流技术，所有模块共同分担负载电 流，一旦其中某个模块失效，其它模块再平均分担负载电流。这样，不但提高 了功率容量，在器件容量有限的情况下满足了大电流输出的要求，而且通过增 加相对整个系统来说功率

6、很小的冗余电源模块，便极大地提高了系统可靠性， 即使万一出现单模块故障，也不会影响系统的正常工作，而且为修复提供了充 分的时间。 现代电信要求高频开关电源采用分立式的模块结构，以便于不断扩容、分 段投资，并降低备份成本。不能象习惯上采用的 1+1 的全备用（备份了 100 的负载电流） ，而是要根据容量选择模块数 N，配置 N+1 个模块（即只备份了 1/N 的负载电流）即可。 能实现集中监控： 现代电信运维体制要求动力机房的维护工作通过远程监测与控制来完成。 这就要求电源自身具有监控功能，并配有标准接通讯接口，以便与后台计算机 或与远程维护中心通过传输网络进行通信，交换数据，实现集中监控。从

7、而提 高维护的及时性，减小维护工作量和人力投入，提高维护工作的效率。3自动化、智能化： 要求电源能进行电池自动管理，故障自诊断，故障自动报警等，自备发电 机应能自动开启和自动关闭。 小型化： 现在各种通信设备的日益集成化、小型化，这就要求电源设备也相应的小 型化，作为后备电源的蓄电池也应向免维护、全密封、小型化方面发展，以便 将电源、蓄电池随小型通信设备布置在同一个机房，而不需要专门的电池室。新的供电方式： 相应于电源小型化，供电方式应尽可能实行各机房分散供电，设备特别集 中时才采用电力室集中供电，大型的高层通信大楼可采用分层供电（即分层集中供电） 。集中供电和分散供电各有优点，因条件不同斟酌

8、选用。 图 1-1 是传统电力室配置示意图： 对于集中供电，电力室的配置包括交流配电设备、整流器、直流配电设备、 蓄电池。各机房从电力室直接获得直流电压和其它设备、仪表所使用的交流电 压。这种配置有它的优点，例如集中电源于一室，便于专人管理。蓄电池不会 污染机房等。但它有一个致命的缺点，即浪费电能，传输损耗大，线缆投资大。 因为直流配电后的大容量直流电流由电力室传输到各机房，传输线的微小电阻 也会造成很大的压降和功率损耗。 对于分散供电，电力室成为单纯交流配 电的部分，而将整流器、直流配电和蓄电池组分散装于各机房内。这样，将整 流器、直流配电、电池化整为零，使它们能够小型化，相对的小容量。但这

9、里 有个先决条件，蓄电池必须是全密封型的，以免腐蚀性物质的挥发而污染环境、 损坏设备（现行的全密封型的电池已经能达到要求了） 。 分散供电最大的优点是节能。因为从配电电力室到机房的传输线上，原先 传输的直流大电流，现在变为传输 380V 的交流。计算表明，在传输相同功率的 情况下，380V 交流电流要比 48V 的直流电流小得多，在传输线上的压降造成的 功率损耗只有集中供电的 1/491/64。二、二、 通信电源技术的发展通信电源技术的发展1、高频开关电源。目前在通信网中使用最多的电源是高频开关电源，国内开关 电源技术的发展基本上源于 20 世纪 80 年代初，在此之前主要采用相控电源技 术。

10、开关电源和相控电源相比，在技术上是一次飞跃，由于采用高频功率交换， 甩掉了体大笨重的工频变压器和滤波器，体积重量明显减少。在开关电源设计 技术中，控制技术的发展、专用控制芯片的生产，不仅使电源电路大幅度简化， 而且使电源的动态性能和可靠性大大提高。有源功率因数校正技术的开发，提 高了开关电源的功率因数，既治理了电网的谐波污染，又提高了开关电源的整 体效率，开关电源有如下优点：(1) 体积小、重量轻、效率高、输出纹波低、动态响应快、控制精度高、便于监控等。(2) 智能化、高频化，大大减小日常 维护的工作量。(3) 模块化结构设计。它的任意一整流模块相当于一台电源设 备，任意一整流模块均可独立工作

11、。多个独立的模块单元并联工作，采用均流 技术，所有模块共同分担负载电流，一旦其中某个模块失效，其它模块再平均 分担负载电流。这样，极大地提高了系统可靠性。(4) 可实时监测蓄电池的端 电压，充、放电电流，自动控制均、浮充状态。(5) 具有电池温度补偿功能。 因此开关电源在可靠性、先进性、可维护性等方面都具有比较高的水平。2、蓄电池。蓄电池是保证连续供电的基础，是通信电源的重要组成部分，它不 但要在交流系统或整流器出现问题时保证不间断供电，而且还要在市电正常转 换时提供保证。如果电池丧失容量，即使对前端的交流高低压系统、整流系统 等管理得再好，在一次正常的市电转换中，都可能造成失电而导致通信故障

12、。 我们所说的蓄电池包括基础电源(24 V,48 V)电池，UPS 电池、发电机组启动电 池等。铅酸蓄电池的重量比能量、体积比能量虽然不能与 Cd-Ni(镍- 镉),Ni MH(镍- 氢),Li ion(锂)等电池相比，但它的性能价格比却有很大优势，由 于铅酸蓄电池容量大、大电流放电性能好，无记忆效应，价格便宜，因此一直 是通信行业中的最佳备选电池。铅酸蓄电池从传统的开口型电池发展成阀控式 密封蓄电池(简称 VRLA) 是铅酸电池技术上的重大突破。VRLA 电池有许多优点， 其耐腐蚀性好，电池自放电小，有效地防止了电池容量早衰现象。有较好的充 放电效率，延长了电池的寿命。运行中无酸雾逸出，因此

13、可卧放、叠放，可以 和通信设备同屋放置在一起，节省空间。在维护中不需补水、不需调比重，适 合大电流放电，不会产生氢气。正因为有这些优点，使得 VRLA 电池在通信网 系统、接入网系统、UPS 系统中被作为首选电池。3、交流不间断电源。在现代通信系统中，计算机设备得到广泛应用，为确保程 序运行，数据存储及硬件设备运行的安全、稳定，必须配备高质量的交流不间 断电源系统。目前一般使用两种交流不间断供电解决方式。一种是自备通信基 础电源 DC-48 V 电池组加逆变器。另一种就是采用在线式 UPS。作为网络系统 的重要组成部分，两种供电方式都有一定的发展和应用。但从两种供电方式的 可靠性、运行效率及运

14、行成本考虑,UPS 供电方式更显得有优势。在线式 UPS 供 电方式分 4 种情况，当市电网符合输入范围时，经过 AC/DC 向蓄电池充电，同 时 DC/AC 向负载供电;当市电超限时，由电池 DC/AC 向负载供电;当在线式 UPS 故障或过载时自动转为静态旁路，由市电向负载供电;维护时通过手动旁路开关， 不间断地转到市电向负载供电，将 UPS 与负载隔离，进行保养维护。正常工作 时 UPS 中逆变部分的 IGBT 功放管处于高电压小电流工作状态，由于工作电流小 使设备元器件的寿命大大延长。由于在线式 UPS 本身的自带电池组直流电压很 高，因此单机功率可以很大,还可以通过灵活并机进一步扩大

15、容量和增加供电安 全系数。先进的 UPS 智能管理功能使充电电压自动温度补偿、充电方式随放电 时间和终止电压调整，节约维护成本，提高了运行效率。正是因为在线式 UPS 电源有许多优点，在智能网、数据网及网络管理监控系统、计费系统中得到了 广泛应用。三、三、 通信电源的趋势通信电源的趋势加强通信电源管理加强通信电源管理通信电源发展到今天，工作的重点逐渐从新型设备的开发转向在开发的同时对前期产品进行不断改进和管理维护。电源系统出现问题，轻则影响信息传递质量，重则整个通信系统中断。因 此要管理好电源设备，保证设备的正常运行，应做好以下工作：1、思想上重视电源设备。必须认识到,通信电源的作用是整体性和

16、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、在新建工程时，要从工程设计、方案会审、工程实施到验收竣工等各个阶段 把关。电源安全可靠运行与设备质量、工程勘察与设计、建设施工管理、运行 维护管理等各环节相关。一个在设计和建设方面先天不足的通信电源系统将造 成通信安全的巨大风险和后期人力、物力、财力的巨大投入。供电方式要大力 推广分散供电,要有备品和备份, 机房的高压引入宜采用双回路供电设计，即两 路不同的市电输入，以确保市电供电不间断。3、提高通信电源系统的品质，要积极采用新技术、新产品。衡量新技术、新产 品的第一标准就是安全可靠，设备宜采用模块化、热插拔式,便于更换和维修。 接入网电源问题是当前的一大热点，接入网要由用户本地供电并且网点多、环 境条件差，容易造成供电中断，因此接入网电源更要选择高品质的电源设备， 防雷和防电涌措施等都应是考虑的重点。4、目前，一些通信机房为部分设备提供 220 V 交流电时，采用 1kVA-5kVA 的 UPS(另带有 220 V 蓄电池组)供电，单机工作不可