淺談通信電源中的開關電源

孫程

摘要：通信電源作為通信設備系統(tǒng)的重要動力供應，其基礎地位無可動搖，因此本文主要從通信電源中的開關電源的不同種類出發(fā)，并介紹了開關電源的關鍵技術，最后提出了開關電源技術未來的發(fā)展方向。

關鍵詞：通信電源;開關電源;關鍵技術

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，則會對整個通信網(wǎng)絡造成災難性的過后，甚至會導致整個通信網(wǎng)絡的短時中斷，甚至癱瘓。因此，如何達對通信電源進合理設計，則是整個通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)交換和傳輸，整體信息處理和業(yè)務順利進行的重要保障。

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)壓實現(xiàn)的不同方式，將其劃分為相控電源、線性電源以及開關電源。

2.1 相控電源

相控電源指的是對市交流電進行整流濾波后可以轉(zhuǎn)換為直流進行供電，而且直流電壓的控制則是通過晶閘管的導通相位的改變來實現(xiàn)。但是，相控電源的工頻變壓器的體積較大、設備笨重;工作頻率較低、產(chǎn)生的噪音也較大，而且對電網(wǎng)干擾以及負載變化響應速度慢。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，因此，市面上已經(jīng)不再采用此項技術。

2.2 線性電源

線性電源為了達到連續(xù)控制的目的，主要通過串聯(lián)調(diào)整管來實現(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)，會導致功率調(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，僅能達到20～40%。同時由于功率調(diào)整管的整體發(fā)熱損耗相當嚴重，安裝時還要配備較大體積的散熱器。所以線性電源主要應用于一些功率較小且對穩(wěn)壓精度要求比較高的作業(yè)場所例如輔助電源中。

2.3 開關電源

開關電源優(yōu)點是相控電源和線性電源無法比擬的，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，其功率因數(shù)約為1，對公共電網(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優(yōu)勢

（3）采用模塊化的設計，在不影響系統(tǒng)供電的情況下，還可實時更換，因此后期維護更加便利。

（4）系統(tǒng)在進行初期設計時，需要預留出終期模型中機架位置，以便后期隨時擴容，無需另配假性負載。

（5）配有標準的通信接口，可以實時并集中模型進行監(jiān)控，無需人員值守。

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

三、開關電源關鍵技術概況

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

3.1 均流技術

在進行基于均流技術的大功率電源系統(tǒng)的開發(fā)與設計時，為了滿足基礎電路負載功率的要求以及通信電源模塊備份的要求，需要將若干臺開關電源進行并聯(lián)操作的方式才能實現(xiàn)。因此，采用一定的均流措施來實現(xiàn)整流模塊間的并聯(lián)運行，是實現(xiàn)大功率電源系統(tǒng)的重中之重，而且通過均流措施，可以有效防止一個或者多個模塊在運行時出現(xiàn)限流或者滿載的狀態(tài)，同時還能均勻分配各模塊間的電流應力或者熱應力。

在大功率電源系統(tǒng)設計中，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、按電流大小自動均流法以及按熱應力自動均流法等。其中，效果最好，且形式簡單的方法是則是按電流大小的自動均流法。該方法程序中可自動設置和選定主、從模塊（n個并聯(lián)模塊中，自動選擇輸出電流最大的為主模塊，剩余為從模塊）。另外，主模塊會自動依次整定各模塊的電壓，直到負載電流得到均勻分配，從而有效地解決了負載電流分配不均衡的問題。

3.2 軟開關技術

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

3.3 功率因數(shù)校正技術

功率因數(shù)校正技術是為了進一步提高電網(wǎng)的可靠性能并且提高輸入端的功率因數(shù)而提出的，具體技術詳見表1：

四、開關電源的發(fā)展趨勢

隨著當前供電系統(tǒng)中高新技術的滲透和應用，開關電源技術的運維管理模式也呈現(xiàn)出高穩(wěn)定性、高可靠性和高可維護性的方向進行發(fā)展。

4.1 小型化

隨著通信設備向小型化、集成化以及分散化的趨勢不斷發(fā)展，分散供電的方式則被不斷的推廣和應用，另外，開關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，這兩個因素也在一定程度上使得開關電源向小型化的方向進行發(fā)展。如今，開關電源市場中小型化電源的應用也上升了到了一定的規(guī)模，而移動基站、接入網(wǎng)、無線市話、數(shù)據(jù)產(chǎn)品也勢必要求開關電源向著小型化發(fā)展，同時也產(chǎn)生了基于小功率模塊插件的開關電源，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，通信領域中開關電源的應用越來越多，但是卻缺乏相應的專業(yè)維護人員，因此全自智能化自動檢測系統(tǒng)應運而生。相關檢修維護人員可以借助高智能化系統(tǒng)，對通信電源系統(tǒng)中的各個設備的自檢狀態(tài)進行檢修，并及時對故障信息進行診斷和處理。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時檢測、快速定位、迅速恢復，從而提升工作效率。

4.3 軟開關變換電路為主流

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

4.4電池管理

在通信電源系統(tǒng)中，電池起著至關重要的作用，因此開關電源也應該具備相對完善的電池管理功能。因此在設計時，我們不能僅對電池的溫度補償、電池保護、電池的均/浮充等這些基礎層面進行管理，還應該加強高層次的管理，諸如電池的充/放電曲線、電池的容量恢復以及容量恢測試等進行全方位的管理。

4.5 多功能性

開關電源還應該向著多功能性發(fā)展，在通信電源系統(tǒng)中應針對不同環(huán)境、不同用戶、不同的供電需求進行靈活配置，而實現(xiàn)其中某項功能則是通過安裝電路板或者安裝功能塊來實現(xiàn)，類似于計算機的硬件擴充（如替換固態(tài)硬盤，安裝顯卡或者安裝網(wǎng)卡等）。開關電源的多功能性可以使用戶依照實際情況控制資金，而營銷上也可以根據(jù)模塊化制定價格，最終達到雙贏的目的。

參考文獻：

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

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