通信电源新技术的应用研究

梁 鹏

（山东省信宇通信工程监理有限公司，山东 济南 250021）

0 引 言

科技的发展给通信业务带来了难得的发展机遇，尤其是在互联网信息化时代，通信技术进步迅速，通信手段日趋多元化。信息技术的进步影响了通信电源技术的发展。现在的通信电源技术已经从过去相控整流器向高频开关整流器转化，从单纯的集中供电转化成采用多种形式进行的多元供电方式。同时，通信电源自动化管理程度越来越高，体积越来越小，但是自身功率越来越大。科技的进步要求通信电源从平稳供电向高品质供电过度，这些变化都是通信电源新技术发展的具体体现。

通信电源系统主要包括交、直流供电系统及接地系统等。由于通信设备本身的负载配置存在差异，通信电源设备包含输入端、各种模块端、通信电源所在的机房、EPON光接入和PON+LAN等。通信行业的进步促进了通信电源技术的提升，在交流配电单元、整流部分、直流配电单元、蓄电池组和监控系统等方面有了很大的突破。当前，随着通信技术的不断进步，通信电源技术日趋完善，同时向着更加节能的方向发展，有利于确保通信系统平稳、高效运行[1]。

1 通信电源新技术采用的系统结构

通常情况下，通信电源系统从市电输入开始，包含不同的整流模块、监控模块和直流配电等模块。其中，监控模块包括远端监控和近端后台监控部分，直流配电由不同的电池组组成。通信电源系统的工作原理如图1所示。

图1 通信电源系统工作原理

1.1 交流配电单元

通信电源一般都是接入市电，将市电接入交流配电系统中，之后分配到不同的整流模块，经过整流模块把电流转化成直流配电，供开关整流器使用，另一部分让普通用户以备用的方式来使用。供电方式可以采用双路市电，也可以采用市电加油机的方式。采用双路市电的工作方式，在日常通信设备运行过程中，主要采用市电1进行供电，市电2或者油机作为备用。如果市电1由于各种原因突然停止运行，通信电源系统可以立即将市电1切换到市电2。为了保障切换过程中不对通信系统造成影响，可以暂时利用蓄电池对系统进行供电。如果使用双市电，最好将两路电利用机械柜分开，防止出现电路短接的现象。两路电的切换是采用电气自动切换技术，如果交流断电，可以提供直流应急照明。

交流配电单元放置有电源系统的第二级防雷电路，防雷电路对于保障整个通信供电系统安全运行具有重要作用。在防雷配件的选择中，一般选择具有遥信触点TT接法并加入空开的防雷器。交流配电单元具有取样监控、检测、报警和通信等功能，其也是通信电源系统主要的元器件，在选择上应谨慎。

1.2 整流部分相关技术

通信电源采用的整流技术也就是把交流电转换成24 V或者48 V直流电，通过整流模块传输到直流供电单元。整流模块和结构机架是通信整流部分的重要组成部分，在通信电源技术使用中，一些设备采用的是相控整流器。将可控硅和晶闸管作为材料，利用导通角技术变换电压。这种设备内部元器件较多，因此占地较大，加之其功率不高，具有一定的污染性，工作时噪音较大、热辐射较高，所以目前在市面上已经很少使用，而是被技术含量更高的高频开关整流器所替代。

高频开关整流器是通信电源中经常使用的一种整流装置，是一种能把交流AC转化成直流DS的电源装置。由于高频开关整流器体积较小，供电效率较高，而且方便移动和安装，因此在通信电源系统中得到了广泛应用。该设备工作噪音较小，通过使用功率因数校正技术能提升功率因数。当前，随着通信电源技术的发展，高频开关整流模块能在提升频率的同时不断降低体积，同时可以将不同的模块组合成大容量的整流器，能进一步推动提升通信电源技术水平。

1.3 直流配电技术

交流电经过若干个整流模块后转化成直流电，然后与对应的电池组相连接。通过开关整流器进行电流的输出，最后接入直流配电单元。在直流配电单元能根据通信系统不同荷载的需要输出不同容量的配电。电池组的输入端与开关整流器的输出端采用汇流母排并联的形式，目的是防止开关整流器断流时可以充分利用电池组供电。直流配电技术能确保屏内压降最小，从而能得到更精准的显示和安全监控。直流配电内部设置可以根据通信用户的不同需求进行[2]。

1.4 蓄电池组技术

蓄电池组和整流器通过并联进行冗余供电。通信系统运行比较稳定的情况下无须备用电源，而如果在运行过程中由于系统故障等原因造成电源供电出现问题，可以采用蓄电池组进行供电。一般蓄电池采用铅酸阀控封闭电池（VRLA），与传统的开口型密封电池相比，电池损耗较小，使用寿命更长，一般不需要专门的维护。通信系统有些设备是固定在机房内部的，这时采用的蓄电池可以是固定型的，而有些设备是需要移动的，因此相应的蓄电池可以是移动型的。铅酸阀控式蓄电池由电池槽、极板组、安全阀和正负极端子组成。内部的电解质分为贫液和胶体两种。其工作原理如下：

由于蓄电池的充电和放电过程是可逆的，因此蓄电池理论上可以使用多次。但是，实际上蓄电池使用一段时间后，经过多次充放电，会导致电池内部电极氧化或者一些化学物质产生不可逆的反应，导致蓄电池的有效容量不断减少。长期的充放电过程会导致蓄电池的一些有效物质无法还原，从而形成硬化的硫酸铅，这种物质会导致蓄电池的容量不断减少，因此通信电源使用寿命与充电循环周期有直接的关系[3]。

2 通信电源技术应用分析

2.1 整流器

在通信电源中，高频开关整流器是电源的核心组成部分，而整流器采用的技术直接影响通信电源的性能。高频开关整流器采用将工频整流电路和高频开关直流变化电路相结合。例如，在通信电源中采用的ZXD2400（V 3.0）50 A工作原理如图2所示。

图2 开关整流器原理图

通信电源使用的开关整流器包括两级电路，前端是PFC校正电路BOOST，后端是DC/DC变换双管正激，内部具有电流限制和防雷击功能，能减少整流器的开关浪涌，具备较好的电磁兼容性能。采用PFC功率因数校正来校正BOOST电路，利用平均电流控制。由于输入端功率通过因数校正可以接近1，而谐波电流则小于10%，因此通信电源可以满足国际标准。通信电源开关整流器采用的主二极管零电流关断，主开关管的零电流开通，因此功率器件的工作应力较小，能够提升通信电源的使用稳定性。采用功率因数校正电路能更好地调整输入电压，让输出的直流电压更加稳定，确保通信电源能平稳运行，保障通信设备的安全。对后端的DC进行优化，让通信电源系统能获得更好的源效应[4]。

后级直流和直流功率变换电路的原理十分简单，但是使用十分稳定。采用的无损吸收技术避免了产生电压应力，而输出端受电磁干扰影响很小。开关整流器的芯片是利用电流进行控制的，因此响应速度较快。如果通信电源出现系统故障或者负载不均衡，可以及时进行修复。当前，随着通信电源技术的发展，电源中使用的开关整流器都支持热插拔，对于减少维修时间很有必要，提升了整个通信电源系统的运行效率，避免了通信中断造成的各种损失情况的发生，让通信电源系统能更稳定地为通信设备服务。内部电流如果出现过压或者欠压的情况，可以及时发现并采取保护措施，避免电流异常造成危害。为了避免设备长时间运行造成机器内部过热，采用了先进的散热装备。如果散热不及时，使机器内部温度达到电源的预警值，可以及时发出警报或者切断电源，直至温度恢复正常。通信电源中采用的监控系统能实时监控开关整流器的运行状态，同时动态调节开关整流器的输出电压，保障了通信设备正常运行。目前，软开关技术的研究已经取得一定的成果，而与此对应的电路拓扑和软开关控制也有了不同的实现方式，未来能被广泛应用于通信电源中。

2.2 组合电源

通信电源中使用的组合电源系统配备了三级防雷网络技术，能保障通信电源在使用过程中的安全性和可靠性。三道防线是重要的防护屏障。第一级防雷网络可以将电源遭遇的雷击电流导入地下，避免大电流经过电源造成的损坏。第二级防雷网络是阻止侵入波沿引入线进入设备上产生过电压。第三级防雷网络可以保障电源保护物上的雷电不超过电源幅值。在通信电源上采用三级防雷网络技术，不但对于预防雷击效果显著，而且能有效预防电网上的电压浪涌。通信电源三级防雷基本原理如图3所示。

图3 通信电源三级防雷网络示意图

第一级防雷的泄放能力为80 kA，具有100 ns的反应时间，这一层级的主要目的是避免雷击。第二级防雷网络设置有外置的机械盒，泄放能力为50 kA，具有25 ns的反应时间。第三级防雷网络安装在整流模块的输入板上，目的是优化电路结构，泄放能力为10 kA，具有10 ns的反应时间。这样能在防雷的过程中把剩余的能量控制在通信电源可以接受的范围内，保障电源设备安全，三级防雷网络对于预防雷击和电网浪涌也能发挥应有的作用[5]。

3 结 论

在通信设备的运行过程中，供电电源必须能安全、稳定、可靠运行，尤其是出现一些电力系统故障时，要及时利用备用的供电带能源确保整个通信系统正常运行，为了争取抢修时间，电源的电池组最好能提供8 h以上的供电时间。随着未来通信行业技术的发展与进步，要借鉴国内外先进的经验不断提升通信电源技术水平，保证通信电源技术应用的有效性。