DC/DC直流電源系統(tǒng)在通信電源系統(tǒng)中的實(shí)踐分析

廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 黃 鵬

最近幾年，在我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平不斷提高的背景下，各類電子設(shè)備和技術(shù)在通信電源系統(tǒng)的運(yùn)行中已經(jīng)得到了有效應(yīng)用。特別是DC/DC直流電源系統(tǒng)在其中的有效應(yīng)用和設(shè)計(jì)，不僅保證了通信的準(zhǔn)確性，還強(qiáng)化了此系統(tǒng)的穩(wěn)定性?；诖?，需要在DC/DC直流電源系統(tǒng)的特點(diǎn)出發(fā)，完善通信電源系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制，進(jìn)而保證通信過(guò)程的安全性。

一般情況下，主要在原理和實(shí)驗(yàn)等兩方面出發(fā)，對(duì)直流開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行研究，全面分析幾種比較常用的DC/DC變換電路結(jié)構(gòu)，選擇科學(xué)的設(shè)計(jì)方案。要想提高開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的可靠性和安全性，減小電磁的干擾，需要分析DC/DC直流電源系統(tǒng)的運(yùn)行情況，保護(hù)電路設(shè)計(jì)的有效性，從而降低電磁等方面對(duì)通信系統(tǒng)的影響。

1 DC/DC直流電源系統(tǒng)應(yīng)用的重要性

可以說(shuō)通信電源是通信設(shè)備系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行的核心，如果其在運(yùn)行中出現(xiàn)了故障，或者是電源系統(tǒng)在運(yùn)行中發(fā)生中斷故障，就會(huì)對(duì)整個(gè)通信局和通信網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)比較大的影響，導(dǎo)致其全部中斷和癱瘓。尤其是在我國(guó)通信事業(yè)不斷發(fā)展的背景下，通信負(fù)載對(duì)電源系統(tǒng)運(yùn)行的要求越來(lái)越高，所以說(shuō)保證DC/DC直流電源系統(tǒng)的安全性已經(jīng)成為通信網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。

現(xiàn)階段，IDC的業(yè)務(wù)有了很大提升，相關(guān)設(shè)備和系統(tǒng)也得到了完善。目前，各運(yùn)營(yíng)商中的IDC機(jī)房，交流設(shè)備一般都是由UPS供電，但是UPS電源系統(tǒng)存在著單點(diǎn)故障點(diǎn)等問(wèn)題，這些問(wèn)題還沒(méi)有得到有效解決，嚴(yán)重情況下會(huì)造成整局癱瘓，增加惡性通信事故的發(fā)生率。要想在根本上消除其中的風(fēng)險(xiǎn)隱患，需要在DC/DC直流電源系統(tǒng)的基礎(chǔ)上處于發(fā)，保證供電和通信的可用性，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。

2 通信直流電源的分類和應(yīng)用

2.1 分類

現(xiàn)如今，我國(guó)電力系統(tǒng)通信直流電源主要采取兩種方式進(jìn)行供電。（1）通信的專用直流電源系統(tǒng)。此系統(tǒng)主要是由交流配電屏、蓄電池組和監(jiān)控單元等內(nèi)容所組成的，并且設(shè)備在正常工作的時(shí)候，會(huì)使用交流電提供能源。其中整流器的功能作用，是將交流電進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換為-48V直流電。直流電輸出，一般由直流配電屏分配給通信設(shè)備，并且其還有一個(gè)作用是給蓄電池組浮充充電，必要的時(shí)候可以將其改為均衡充電，主要是為了確保蓄電池能夠處于滿充狀態(tài)。如果交流電停電，或者是整流器出現(xiàn)故障時(shí)，蓄電池組會(huì)直接提供電源，進(jìn)而保證通信設(shè)備供電的穩(wěn)定性。（2）變電站DC/DC供電模塊。直流電源變換器（DC/DC）能夠?qū)⒄局械?20V直流輸入到通信設(shè)備中，滿足供電要求。

2.2 應(yīng)用分析

（1）變電一體化電源

在對(duì)變電一體化電源的特點(diǎn)進(jìn)行分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)其主要是由直流電壓和電力用逆變電源等裝置組成的，并且共享的直流電源為蓄電池組，在此基礎(chǔ)上形成統(tǒng)一監(jiān)控的成套設(shè)備。如圖1所示。

圖1 變電一體化電源運(yùn)行圖

變電一體化電源一般是用于給自動(dòng)化裝置和繼電保護(hù)等相關(guān)設(shè)備供電，經(jīng)常采用UPS方式供電，為通信電源系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供條件。

（2）高頻開(kāi)關(guān)電源

高頻的開(kāi)關(guān)電源，一般是會(huì)通過(guò)MOSFET，或者是IGBT的高頻切換工作。在此過(guò)程中，開(kāi)關(guān)的頻率需要控制在50～100kHz范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)高頻率的小型化。其工作原理，主要是將電網(wǎng)中的交流電源，有效變換為直流電源，在此基礎(chǔ)上保證DC/DC直流電源系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

通常情況下，直流-直流轉(zhuǎn)換電路會(huì)采用電壓轉(zhuǎn)換技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電壓之間的變換，然后再經(jīng)過(guò)高頻變壓器降壓等方式，控制波幅的交流脈波。在此過(guò)程中，交流脈波會(huì)經(jīng)整流二極管，然后輸出濾波電路，保證直流電壓的穩(wěn)定性。通信電力系統(tǒng)一般會(huì)采用直流48V的高頻開(kāi)關(guān)電源，但是當(dāng)開(kāi)關(guān)電源出現(xiàn)故障的時(shí)候，需要由蓄電池供電，預(yù)防其他意外事故的發(fā)生。

3 DC/DC直流電源系統(tǒng)在通信電源系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 科學(xué)選擇元器件

在對(duì)自動(dòng)調(diào)壓裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要明確DC/DC直流電源系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)，注意對(duì)其中獨(dú)立執(zhí)行部分的有效設(shè)計(jì)。自動(dòng)控制電路在運(yùn)行中一般所需+12V工作電源，主要通過(guò)7812穩(wěn)壓塊直接穩(wěn)壓后所獲得。在此過(guò)程中，還需要注意采樣的回路，可以利用精密的電阻，直接降壓進(jìn)行采樣，在保證采樣精度要求的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化通信電源系統(tǒng)的功能效果。此外，工作的可靠性與穩(wěn)定性都比霍耳元件高，能夠更加準(zhǔn)確判斷其中的回路。

由于其屬于LM224工業(yè)常采用的芯片，具有價(jià)格低和性能可靠等特點(diǎn)，所以在觸發(fā)電路等部分中已經(jīng)得到了有效應(yīng)用。在具體的工作過(guò)程中，還需要參考驅(qū)動(dòng)電路，采用BU406（BUX85）的高壓三極管。這種器件的造價(jià)十分低，并且其也是成熟的器件，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到了電源設(shè)計(jì)。繼電器所采用的是JQX58F，此繼電器節(jié)點(diǎn)具有容量大等特點(diǎn)，價(jià)格也非常低，可以保證DC/DC直流電源系統(tǒng)應(yīng)用的有效性，降低意外事故的發(fā)生率。

3.2 優(yōu)化工作過(guò)程

DC/DC直流電源系統(tǒng)中的合閘母線（+HM），會(huì)經(jīng)過(guò)硅降壓回路，完成降壓，在此之后，形成了正控制母線（+KM）。+KM會(huì)經(jīng)過(guò)自動(dòng)調(diào)壓回路采樣后，對(duì)其中的回路進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，然后在此處進(jìn)行比較。如果在此過(guò)程中，+KM沒(méi)有高于預(yù)先設(shè)好的范圍，就會(huì)觸發(fā)電路不動(dòng)作，移位執(zhí)行電路也會(huì)受到影響，電路在此基礎(chǔ)上會(huì)一直保持原狀態(tài)，+KM值也會(huì)保持不變。

3.3 DCS在現(xiàn)場(chǎng)總線方面的實(shí)踐

在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)其主要包括2個(gè)部分，主要為現(xiàn)場(chǎng)儀表和連接控制系統(tǒng)，一般通過(guò)二者之間的有效配合，進(jìn)而形成全數(shù)字化和雙向的通信系統(tǒng)，保證DC/DC直流電源系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。在此過(guò)程中，技術(shù)人員一定要明確現(xiàn)場(chǎng)儀表和現(xiàn)場(chǎng)總線的連接。由于現(xiàn)場(chǎng)總線位于整個(gè)通信系統(tǒng)中的底層，所以其可以實(shí)現(xiàn)多變量和雙向的通道。將其與傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)比較，此結(jié)構(gòu)不僅能夠單向傳輸，還能夠?qū)崿F(xiàn)雙向傳輸，不斷提高系統(tǒng)運(yùn)行的效能。

3.4 蓄電池組的使用

在DC/DC直流電源系統(tǒng)運(yùn)行中，如果蓄電池組和充電器連接時(shí)，需要將電池組中的一個(gè)端子連接片斷開(kāi)，注意充電，或者是負(fù)載電路開(kāi)關(guān)的位置，其應(yīng)該位于“斷開(kāi)”位置，主要是為了防止短路，進(jìn)而保證連接的有效性和正確性。在對(duì)蓄電池外殼進(jìn)行清洗時(shí)，不可以使用有機(jī)溶劑對(duì)其進(jìn)行清洗，也不能應(yīng)用二氧化碳滅火器撲滅電池火災(zāi)。在對(duì)其進(jìn)行處理時(shí)，可以應(yīng)用四氯化碳之類的滅火器具，注意電池組件之間連接的科學(xué)性和合理性，并且電壓要盡量小。在導(dǎo)通電池系統(tǒng)前，一定要認(rèn)真檢查電池系統(tǒng)總電壓的運(yùn)行情況，避免電池極板膨脹變形等情況的發(fā)生。

此外，需要對(duì)監(jiān)控模塊的科學(xué)設(shè)計(jì)。監(jiān)控模塊主要是通過(guò)對(duì)通信直流電源的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)此部分內(nèi)容的智能化控制。此模塊具有非常強(qiáng)的監(jiān)測(cè)功能，一般包括監(jiān)測(cè)交流輸入的電壓和電流，整流的器模塊并聯(lián)輸出電壓值需要保持穩(wěn)定性。在此過(guò)程中，需要注意控制功能，一般包括電源系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)機(jī)，直流輸出電壓和輸出電流極限值等，實(shí)現(xiàn)對(duì)充電電流極限值的有效設(shè)定，進(jìn)而保證電池溫度系數(shù)的有效性，強(qiáng)化通信電源系統(tǒng)的告警功能。

3.5 注意補(bǔ)充充電的方式

在應(yīng)用密封電池前，不需要進(jìn)行初充電，但是需要進(jìn)行補(bǔ)充充電。補(bǔ)充充電經(jīng)常采用的方式為限流恒壓充電。同時(shí)，充電的電壓需要按說(shuō)明書(shū)的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行。通常情況下，環(huán)境的溫度為25℃時(shí)，電池存放不可以超過(guò)半年。此外，還需要注意補(bǔ)充充電的電壓以及充電時(shí)間。在此過(guò)程中主要以UXL系列為例，注意單體電池電壓2.23V的充電時(shí)間為2到3天，其中單體電池的電壓為2.30～2.35V，控制充電時(shí)間為1到2天。如果環(huán)境溫度在10到20℃之間，充電的具體時(shí)間應(yīng)加倍，當(dāng)環(huán)境溫度高于25℃的時(shí)候，具體的充電時(shí)間會(huì)縮短。這就需要結(jié)合不同時(shí)間段DC/DC直流電源系統(tǒng)的運(yùn)行情況，保證通信電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行的穩(wěn)定性和科學(xué)性。

結(jié)束語(yǔ)：由此可見(jiàn)，要想保證我國(guó)通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的可靠性，要注意DC/DC直流電源系統(tǒng)的特點(diǎn)，注意對(duì)補(bǔ)充充電方式的有效應(yīng)用，保證通信電源系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)蓄電池組地有效使用，優(yōu)化通信系統(tǒng)運(yùn)行的流程，強(qiáng)化電流和電壓的穩(wěn)定性。同時(shí)，還需要詳細(xì)和規(guī)范地檢查到每一個(gè)蓄電池情況，積極做好48V直流通信電源系統(tǒng)的維護(hù)工作，進(jìn)而為通信電源系統(tǒng)的可靠運(yùn)行提供條件。