通信基站電源模塊常見故障和診斷方法的研究

徐宏敏

摘? 要：通信基站電源模塊具有集成度高、可靠性高、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用在各大行業(yè)中，但在具體使用中頻繁發(fā)生故障，嚴(yán)重影響了通信基站電源模塊運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性?；诖耍撐慕Y(jié)合理論實(shí)踐，在分析通信基站電源模塊特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，分析了常見的故障和診斷方法，希望對通信基站電源模塊可靠運(yùn)行有一定的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：電源模塊? 模塊無輸出? 診斷? 使用壽命

中圖分類號(hào)： TN86? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2020）10（c）-0042-03

Abstract： The power module of communication base station has the advantages of high integration， high reliability and simple structure design， which is widely used in various industries. However， frequent failures occur in the specific use， which seriously affect the stability and security of the power module of communication base station. Based on this， combined with theoretical practice， this paper analyzes the common faults and diagnosis methods on the basis of analyzing the characteristics of power module of communication base station， hoping to provide some reference for reliable operation of power module of communication base station

Key Words： Power module; Module without output; Diagnosis; Service life

常見的通信基站電源模塊是一種交流轉(zhuǎn)直流的電源模塊，應(yīng)用得當(dāng)可有效取代傳送適配器，可看作小型化開關(guān)電源，無須外掛電源適配器就可以正常使用。通信基站電源模塊運(yùn)行結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且會(huì)受到很多因素的共同影響，故障隱患比較多，嚴(yán)重影響了通信基站電源模塊運(yùn)行的穩(wěn)定性，開展常見故障和診斷方法的研究，有助于提升模板應(yīng)用的穩(wěn)定性和安全性，值得高度重視。

1? 電源模塊的組成及工作原理

1.1 防雷單元

防雷單元通信基站電源模塊的主要結(jié)構(gòu)，主要作用是避免雷電流破壞通信基站電源模塊結(jié)構(gòu)，保證其運(yùn)行的安全性及穩(wěn)定性。防雷單元由壓敏電阻、防雷器、避雷帶共同組成。

1.2 EMI電路

EMI電路的主要作用是去除通信基站電源模塊中因?yàn)殡娋W(wǎng)波動(dòng)造成的高頻脈沖，其由兩部分共同組成，一是電感元件，二是電容元件。在電源模塊應(yīng)用合理應(yīng)用EMI電路，可大幅度降低外界電磁造成的影響，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。

1.3 整流電路

整流電路的在通信基站電源模塊系統(tǒng)中起到的主要作用將正負(fù)交變的50 Hz電壓，轉(zhuǎn)變成單方向的脈沖，為電源模塊穩(wěn)定運(yùn)行提供電壓支持，主要利用了二極管的單向?qū)щ娦阅堋?/p>

1.4 濾波電路

濾波電路的主要作用是通信基站電源模塊系統(tǒng)運(yùn)行提供平滑的直流電壓。

1.5 輸入過欠壓保護(hù)電路

此電路由電阻元器件、運(yùn)放IC元器件等共同組成，使用的電壓是經(jīng)過自整流和濾波之后的電壓，經(jīng)過電阻元器件分壓之后，再輸入到運(yùn)放IC中。

1.6 PFC電路

PFC電路在通信基站電源模塊系統(tǒng)中的主要作用是對功率因素進(jìn)行校正，補(bǔ)充電路中造成的損失，PFC電路運(yùn)行質(zhì)量越高，表明系統(tǒng)電能利用率就越高。由升感電壓、快恢復(fù)二極管、IC元器件等共同組成。PFC電路有多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在我們常維修的電源模塊中一般使用升壓型有源功率校正電路。

1.7 功率變換電路

這是一種由高頻變壓器、快恢復(fù)二極管等元器件共同組成的電路，主要作用是根據(jù)輸出功率的大小，開關(guān)頻率的工作范圍，以及開關(guān)管承受的電壓、電流應(yīng)力的不同，功率變換電路在具體應(yīng)用中可按照通信基站電源模塊系統(tǒng)的具體要求，合理選擇拓?fù)浣Y(jié)果，常用的是全橋式功率變化電路。

1.8 PWM控制電路

在通信基站電源模塊中的主要作用為功率開關(guān)穩(wěn)定運(yùn)行提供必要的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，組成系統(tǒng)相對比較復(fù)雜，由三極管、電阻、PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)元件等共同組成，可有效控制電路中的輸出電壓。

1.9 輸出整流濾波電路

由肖特基二極管、電容和電感等元器件組成，主要功能是將高頻變壓器輸出的正負(fù)到稱方波脈沖電壓交替整流成單向輸出的方波電壓，使輸出的直流電壓更加穩(wěn)定。

1.10 采樣電路

主要作用是采集輸出端電壓及電流信息，并將采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)和信息及時(shí)反饋到控制電路，以調(diào)整輸出信號(hào)的占空比，保證通信基站電源模塊系統(tǒng)電壓能夠穩(wěn)定運(yùn)行。其由電阻、光耦、運(yùn)放IC元器件等共同組成。

1.11 保護(hù)電路

保護(hù)電路的主要作用是一段通信基站電源模塊發(fā)生故障，可立即切斷故障線路，避免發(fā)生更大的損失，主要有三極管、光耦、采樣電阻等共同組成。常用的保護(hù)電路有短路保護(hù)電路、限流保護(hù)電路、輸出過壓保護(hù)電路等。

2? 電源模塊的特點(diǎn)

電源模塊的工作原理是，先將交流電經(jīng)過變壓器降低電壓賦值，經(jīng)過整流電流整流之后，就能得到脈動(dòng)式的直流電，再經(jīng)過濾波電路處理，就可以得到帶有微小波紋電壓的直流電壓。如果在具體使用時(shí)需要用到高精度的電壓，還需要經(jīng)過穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓處理。和其他傳統(tǒng)開關(guān)電源相比，AC-DC電源模塊具有如下特點(diǎn)。

第一，體積比較小。電源模塊體積為傳統(tǒng)開關(guān)電源體積的50%左右，可為用戶提供更加輕薄短小的使用體驗(yàn)。

第二，多為灌膠產(chǎn)品。具有防潮、防塵、防震特性，是移動(dòng)產(chǎn)品、戶外產(chǎn)品最佳的選擇方式。

第三，工作溫度寬廣。電源模塊-40 ℃～70 ℃之間，都能穩(wěn)定運(yùn)行。尤其適用于戶外工業(yè)控制器使用。

3? 電源模塊常見故障和診斷方法

3.1 通電之后，電源模塊無輸出

當(dāng)電源模塊接通電壓之后，并沒有任何輸出，或者導(dǎo)致電源模塊直接損耗，是應(yīng)用電源模塊時(shí)比較常用的故障。引發(fā)此故障的主要原因是在使用電源模塊時(shí)，選擇的電源外圍器件不合適，或者相關(guān)元件發(fā)生損傷，沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，也有可能電源模塊使用的電磁環(huán)境比較惡劣或者操作失誤引起的。診斷此類故障的主要方法如下。

第一，輸出引腳焊接錯(cuò)誤或者PCB殘留錫渣，導(dǎo)致電源模塊的輸出線路發(fā)生短路，致使電源模塊在短路保護(hù)狀態(tài)下運(yùn)行。此時(shí)，需要按照絲印圖正確焊接引腳，并全面清洗PCB，排除短路狀態(tài)之后，重新通電后即可正常使用。

第二，輸入外接的保險(xiǎn)絲FUSE發(fā)生損壞，也有可能引發(fā)此類故障。此時(shí)，需要先排查電源模塊輸入前置電路是否存在短路情況，然后檢查保險(xiǎn)絲的規(guī)格是否符合要求，因?yàn)?，如果保險(xiǎn)絲的規(guī)格太小會(huì)引起電源模塊無輸出。按照具體的使用說明書推介的規(guī)格合理選擇保險(xiǎn)絲。

第三，用戶使用電源模塊的電壓環(huán)境本身不夠穩(wěn)定，輸出電壓超過其正常使用規(guī)定，導(dǎo)致AC-DC電源模塊在啟動(dòng)瞬間就發(fā)生損壞。需要按照電源模塊的規(guī)格數(shù)據(jù)要求合理控制供電范圍。

第四，當(dāng)電源模塊啟動(dòng)之后，可能存在較大的浪涌電流，直接啟動(dòng)發(fā)生瞬間損壞，此時(shí)需要按照規(guī)格書上規(guī)定的防護(hù)電路，在電源模塊前端安裝浪涌抑制電路。

3.2 基站電源模塊使用不當(dāng)

在使用電源模塊時(shí)，沒有準(zhǔn)確估算所需的負(fù)載，導(dǎo)致電源模塊處于超載啟動(dòng)或者超載工作狀態(tài)下。比如：該公司承接的電源模塊上站維護(hù)工作中發(fā)現(xiàn)某中恒基站實(shí)際運(yùn)行時(shí)的最大負(fù)載為會(huì)達(dá)到80 A，而相應(yīng)的匹配的型號(hào)為APR48的電源模塊數(shù)量僅為2塊（APR48每塊最大負(fù)載為33.5 A），此時(shí)若增加1個(gè)相應(yīng)模塊，則可以達(dá)到分解負(fù)載系數(shù)，保證每個(gè)電源模塊都運(yùn)行在合理的負(fù)載區(qū)間，增加電源模塊的使用壽命?？梢栽O(shè)想，如果沒有采取相應(yīng)措施，長期處于超載運(yùn)行的模塊必將降低模塊使用壽命或危及基站安全運(yùn)行。

3.3 長期運(yùn)行導(dǎo)致元器件老化損壞

電源模塊是一種進(jìn)行電能轉(zhuǎn)換的設(shè)備，在具體轉(zhuǎn)換過程中，必然會(huì)損失一部分電能，并轉(zhuǎn)化為熱能釋放出來。電源模塊中有很多電子元件，電子元件工作的穩(wěn)定性、老化速度等和所處環(huán)境的溫度密切相關(guān)，使用不當(dāng)，也會(huì)導(dǎo)致電源模塊無法正常工作，或者正工作一段時(shí)間后就發(fā)生損壞。

結(jié)合該公司承接的電源模塊維修工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出：長期運(yùn)行的電源模塊大體故障問題為模塊進(jìn)水，造成短路燒毀故障;通風(fēng)口附近電路板腐蝕、老化，導(dǎo)致元器件接觸不良;板材腐蝕、老化導(dǎo)致斷線;過電壓或過電流導(dǎo)致電源板元器件燒毀、擊穿以及其他外部問題導(dǎo)致的故障等。診斷時(shí)應(yīng)多注意通風(fēng)口附近元器件的完好及線路的導(dǎo)通、常見的故障元件測量等;上電前應(yīng)做好測量，如有明顯故障現(xiàn)象應(yīng)立即斷電，防止造成二次損傷。

3.4 在惡劣環(huán)境下無法正常運(yùn)行

在電源模塊運(yùn)行中，隨著溫度的升高，輸出電壓會(huì)發(fā)生間歇性震蕩，當(dāng)溫度升高到一定程度之后，就會(huì)發(fā)生過溫度保護(hù)現(xiàn)象，從而導(dǎo)致輸出波紋增大或者導(dǎo)致電源模塊發(fā)生鼓包現(xiàn)象，造成不可修復(fù)性損傷。為解決此類故障，如果電源模塊工作的外部環(huán)境溫度升高，需要嚴(yán)格按照產(chǎn)品手冊中的降額曲線合理操作，或者選擇功率比較大的電源模塊。比如：某中興基站發(fā)現(xiàn)ZXD1500（最大輸出功率1 500 W）電源模塊在運(yùn)行中發(fā)熱很嚴(yán)重，經(jīng)過分析電源模塊的運(yùn)行環(huán)境，發(fā)現(xiàn)存在嚴(yán)重的超載運(yùn)行，負(fù)載所需的功率比模塊的最大輸出功率大，使到模塊內(nèi)部產(chǎn)生很大熱量。將電源模塊更換為ZXD2400（最大輸出功率2 400 W）后該問題得到解決。

4? 提升電源模塊使用壽命措施

（1）從現(xiàn)場維護(hù)過程中發(fā)現(xiàn)有部分站點(diǎn)為市電電壓不穩(wěn)導(dǎo)致基站電源模塊工作不正常，應(yīng)該加強(qiáng)站點(diǎn)輸入電壓的穩(wěn)定性，保障電源模塊在相應(yīng)的工作電壓下工作。

（2）從現(xiàn)場維護(hù)過程中發(fā)現(xiàn)，后備用電池存在諸多問題，存在使用年限過久、電池失效等問題，導(dǎo)致充放電時(shí)損壞電源模塊的故障發(fā)生，望加強(qiáng)對后備電池質(zhì)量的巡視工作。

（3）從現(xiàn)場維護(hù)過程中發(fā)現(xiàn)，部分故障原因可通過監(jiān)控設(shè)置即恢復(fù)，現(xiàn)場維護(hù)人員的技能水平參差不齊，無法正確使用相關(guān)設(shè)備，建議提升服務(wù)支撐的技術(shù)水平和能力，必要時(shí)增強(qiáng)相關(guān)培訓(xùn)，增強(qiáng)使用維護(hù)人員的技能水平。

（4）現(xiàn)場維護(hù)過程中發(fā)現(xiàn)，部分站點(diǎn)存在運(yùn)行環(huán)境不良的情況，加強(qiáng)對基站工作環(huán)境和密封性的巡檢及維護(hù)清理工作，以保證電源模塊的穩(wěn)定運(yùn)行。

5? 結(jié)語

綜上所述，該文結(jié)合理論實(shí)踐，研究了電源模塊常見故障和診斷方法，研究結(jié)果表明，電源模塊和傳統(tǒng)電源模塊相比，具有高集成度、高可靠性、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較簡單等優(yōu)勢，但對使用方法有嚴(yán)格要求。必須按照產(chǎn)品說明，合理使用才能提升使用的穩(wěn)定性、安全性，否則會(huì)降低可靠性。針對電源模塊使用中存在的故障，需要結(jié)合故障發(fā)生的根源，選擇有針對性的診斷方法，才能快速、準(zhǔn)確地找到故障根源，進(jìn)行集中處理，及時(shí)恢復(fù)使用性能，值得使用單位高度重視。

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