浅谈信息系统电源新技术

王琦 张卫锋 伍建华

【摘要】    传统的信息系统电源存在设备重量、体积大，环境影响大、能量转换效率低等缺点。近年来，基于新材料、新工艺和新技术的不断发展应用，电机、电力电子器件、微处理器等核心部件的性能不断得到扩展与提升，由此带动了信息系统电源中动力发电单元、电能变换与控制单元、能量存储单元性能的飞速发展。为解决传统信息系统电源存在的弊病提供了可能。未来，蓄电池容量、寿命周期等瓶颈问题也必将不断被突破。

【关键词】    信息系统    电源    柴油发电机    UPS 开关电源

一、信息系统电源技术概述

1.信息系统电源的功能与组成。信息系统电源是信息系统的心脏，为信息系统的正常运行提供可靠、稳定、不间断的电能。根据各类信息系统工作机制的不同，电源可能需要向其提供220V或380V交流电源，也可能是48V、24V、12V、5V或3.7V等电压等级不等的直流电源。信息系统的交流电源通常为市电和柴油发电机组电源，在某些高海拔或海岛地区也可能是风力发电机组电源或光伏逆变电源。信息系统的直流电源通常是各类基于电力电子电能变换技术的开关电源、普通内嵌模块电源、光伏电池、蓄电池等。

2.信息系统电源的分类与特点。信息系统电源的分类方法有多种，按照电源电流的流向不同可分为交流电源和直流电源;按照电源的移动性能分为移动电源和固定电源，如通信电源车、拖车电站为移动电源，室内开关电源柜为固定电源。按照初级能源性质可分为传统电源和新能源电源，如光伏电池和风力发电机组为新能源电源。信息系统电源的基本特点是体积重量小，功率密度大，稳定性、可靠性高，对要求较高的信息系统应具备不间断供电能力。

二、信息系统电源新技术

1.动力发电新技术。柴油发电机组作为市电的备用电源在生产生活中已有一百多年的历史，其具有可靠、稳定、简单等优点。但柴油或汽油发电机组也有其笨重、高噪音、移动性差等不利的一面。目前欧美在军用武器装备系统、政府机关、医院、数据中心等场合已开始使用微型燃气轮发电机组作为备用电源，微型燃气轮发电机组采用微型燃气轮机作为动力源，采用高速永磁同步发电机作为能量轮换设备，转速在5万-10万rpm之间，功率等级在10kW-1000kW之间。相对柴油发电机组而言，微型燃气轮发电机组具有体积重量与噪音振动小、功率密度高、移动便捷等优点。

2.燃料电池技术。普通蓄电池将化学能储存在一定体积的容积内，因此其容量有限。燃料电池是一种将燃料与氧化剂（空气）分别存储，发电时分别将燃料和空气送进燃料电池电极，将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。它与有正负极和电解质的蓄电池相似，又与具有燃料箱的动力发电装置有相似之处，兼有动力发电可连续长期工作、无容量限制和蓄电池安静、高效的优点。目前燃料电池多采用液态氢燃料，在燃料极中，供给的氢燃料气体分解成氢离子和电子，氢离子移动到电解质中与空气极侧供给的氧气发生反应。电子经由外部的负荷回路返回到空气极侧，参与空气极侧的反应。当不断输送燃料时，电能将源源不断地产生。由于化学反应的生成物为水，具有无污染、红色环保的特点。此外， 燃料电池还具有能量转化效率高（可达到60%）、使用安装灵活、环境适应性强和无污染等优点。目前燃料电池技术在军事通信、军用发电、舰船电力推进等场合已开始应用。

3.新型电能变换与控制技术。大多数信息化设备的终端输入电源为直流电，而初级电能基本都为高压交流电，因此需要对电能进行变换，这就使得在信息系统电源中需要有电能变换与控制单元或设备，比如高频开关电源、UPS、内嵌式电源模块都属于这样的功能单元。随着电力电子技术、自动控制技术和生产工艺技术的迅猛发展，信息系统电源大量使用MOSFET、IGBT等电力电子器件和微芯片电脑控制器，使其体积重量不断减小，功率密度、可靠性、稳定性、转换效率、环境适应性及智能化程度不断提升，目前中大型电源系统都可以实现无人值守、远程网络监控，对固定电源系统甚至可以实现温度、湿度、酸碱度等环境因素监控。

三、结束语

近些年来信息系统电源技术飞速发展，尽管还有一些瓶颈技术有待解决，但在国内外科技人员的不懈努力下，各瓶颈技术的性能参数也一直不断被突破。

未来，仍需要提高化学电池的容量、充电效率、使用寿命，提升电力电子器件的可靠性、壽命周期，降低功耗，开发优化电路拓扑，优化系统性能参数，届时，全电源系统的性能将进一步提升。

参  考  文  献

[1]刘宝庆.现代通信电源技术及应用[M]. 北京：人民邮电出版社，2012.

[2] 微型燃气轮机发电技术[M].北京：机械工业出版社，2012.