浅谈通信电源中的开关电源

孙程

摘要：通信电源作为通信设备系统的重要动力供应，其基础地位无可动摇，因此本文主要从通信电源中的开关电源的不同种类出发，并介绍了开关电源的关键技术，最后提出了开关电源技术未来的发展方向。

关键词：通信电源;开关电源;关键技术

一、引言

若通信电源的直流供电系统发生瞬间中断故障，则会对整个通信网络造成灾难性的过后，甚至会导致整个通信网络的短时中断，甚至瘫痪。因此，如何达对通信电源进合理设计，则是整个通信网络数据交换和传输，整体信息处理和业务顺利进行的重要保障。

二、通信电源中直流稳压电源的分类

目前，可以按照直流稳压实现的不同方式，将其划分为相控电源、线性电源以及开关电源。

2.1 相控电源

相控电源指的是对市交流电进行整流滤波后可以转换为直流进行供电，而且直流电压的控制则是通过晶闸管的导通相位的改变来实现。但是，相控电源的工频变压器的体积较大、设备笨重;工作频率较低、产生的噪音也较大，而且对电网干扰以及负载变化响应速度慢。另外，由于其功率因数约为0.6～0.7，效率很低，造成了极大的能源浪费，因此，市面上已经不再采用此项技术。

2.2 线性电源

线性电源为了达到连续控制的目的，主要通过串联调整管来实现，但是这样造成的弊端是功率调整管一直工作在其放大区，会导致功率调整管产生较大的功率损耗，从而使得电源的利用效率较低，仅能达到20～40%。同时由于功率调整管的整体发热损耗相当严重，安装时还要配备较大体积的散热器。所以线性电源主要应用于一些功率较小且对稳压精度要求比较高的作业场所例如辅助电源中。

2.3 开关电源

开关电源优点是相控电源和线性电源无法比拟的，具体如下：

（1）工作頻率高，约为40KHZ及以上，且功率因数高约为0.92，因此节能效果突出，尤其有效利用功率校正电路时，其功率因数约为1，对公共电网基本零污染。

（2）其本身所占体积较小，重量也轻，噪声小，因此在分散供电上具有相对优势

（3）采用模块化的设计，在不影响系统供电的情况下，还可实时更换，因此后期维护更加便利。

（4）系统在进行初期设计时，需要预留出终期模型中机架位置，以便后期随时扩容，无需另配假性负载。

（5）配有标准的通信接口，可以实时并集中模型进行监控，无需人员值守。

由此可见，开关电源的各种优点已经在各行各业中得到充分发挥，且在通信设备及供电系统中逐渐取代了相控电源的位置，而且已经被广泛应用。

三、开关电源关键技术概况

最早的开关电源技术，是美国发明20kHz的DC/DC变换器后，研制出了高频变换技术的整流器;到了1980年代底，英国制造出了48V成套开关电源;发展到了现代，开关电源技术中则大多数采用基于PWM技术的 MOSFET开关整流器的方式进行相关设计[1]。目前，开关电源中常用的一些技术如下：

3.1 均流技术

在进行基于均流技术的大功率电源系统的开发与设计时，为了满足基础电路负载功率的要求以及通信电源模块备份的要求，需要将若干台开关电源进行并联操作的方式才能实现。因此，采用一定的均流措施来实现整流模块间的并联运行，是实现大功率电源系统的重中之重，而且通过均流措施，可以有效防止一个或者多个模块在运行时出现限流或者满载的状态，同时还能均匀分配各模块间的电流应力或者热应力。

在大功率电源系统设计中，普遍采用的均流措施主要有主从法、输出阻抗法、外加均流控制器法、按电流大小自动均流法以及按热应力自动均流法等。其中，效果最好，且形式简单的方法是则是按电流大小的自动均流法。该方法程序中可自动设置和选定主、从模块（n个并联模块中，自动选择输出电流最大的为主模块，剩余为从模块）。另外，主模块会自动依次整定各模块的电压，直到负载电流得到均匀分配，从而有效地解决了负载电流分配不均衡的问题。

3.2 软开关技术

软开关技术的工作原理是在硬开关的基础上加入了LC谐振电路，当开关变换时，LC谐振电路会使开关上的电流、电压降为零，且开关在开通、关断时的功率损耗也接近零，从而使开关变成理想意义上的零电流开关或者零电压开关[2]。当前，软开关技术可以大体分为准谐振技术、谐振技术、PWM与准谐振相结合的一些技术。软开关技术不但减小了功率器件中电应力以及热应力的大小，还在一定程度上屏蔽了电磁干扰，降低了开关损耗，从而实现了开关电源的高效节能、提高了系统的可靠性。

3.3 功率因数校正技术

功率因数校正技术是为了进一步提高电网的可靠性能并且提高输入端的功率因数而提出的，具体技术详见表1：

四、开关电源的发展趋势

随着当前供电系统中高新技术的渗透和应用，开关电源技术的运维管理模式也呈现出高稳定性、高可靠性和高可维护性的方向进行发展。

4.1 小型化

随着通信设备向小型化、集成化以及分散化的趋势不断发展，分散供电的方式则被不断的推广和应用，另外，开关电源的工作频率也向高频的方向不断趋近，控制电路的集成化程度也日益增高，这两个因素也在一定程度上使得开关电源向小型化的方向进行发展。如今，开关电源市场中小型化电源的应用也上升了到了一定的规模，而移动基站、接入网、无线市话、数据产品也势必要求开关电源向着小型化发展，同时也产生了基于小功率模块插件的开关电源，小型化的体积更加方便用户使用且更加安全。

4.2 高智能化

另外，通信领域中开关电源的应用越来越多，但是却缺乏相应的专业维护人员，因此全自智能化自动检测系统应运而生。相关检修维护人员可以借助高智能化系统，对通信电源系统中的各个设备的自检状态进行检修，并及时对故障信息进行诊断和处理。增加高智能化的监控通信系统，如故障诊断专家系统，可以使得检修人员实时检测、快速定位、迅速恢复，从而提升工作效率。

4.3 软开关变换电路为主流

另外，软开关变换电路的缺点还是很多的，尤其是在电路工作处在高频范围时，开关管则耐压等级要求更高，并且散耗功率能力也要求更大，但是，软开关变换电路的优点却足以弥补以上缺点，软开关变换的开关器件一般不会受到频率升高的限制，而且软开关变换器的功率损耗理论上为零，因此软开关变换电路技术还是会成为今后的发展主流，如零开关PM变换技术、零转换PWM变换技术等，都为之后的通信电源系统的发展奠定了基础。

4.4电池管理

在通信电源系统中，电池起着至关重要的作用，因此开关电源也应该具备相对完善的电池管理功能。因此在设计时，我们不能仅对电池的温度补偿、电池保护、电池的均/浮充等这些基础层面进行管理，还应该加强高层次的管理，诸如电池的充/放电曲线、电池的容量恢复以及容量恢测试等进行全方位的管理。

4.5 多功能性

开关电源还应该向着多功能性发展，在通信电源系统中应针对不同环境、不同用户、不同的供电需求进行灵活配置，而实现其中某项功能则是通过安装电路板或者安装功能块来实现，类似于计算机的硬件扩充（如替换固态硬盘，安装显卡或者安装网卡等）。开关电源的多功能性可以使用户依照实际情况控制资金，而营销上也可以根据模块化制定价格，最终达到双赢的目的。

参考文献：

[1]刘剑.移动通信基站电力保障的分析与研究[M]. 西安理工大学.2009

[2]王利军.通信电源中开关技术应用及管理与维护[J].西部大开发（中旬刊）. 2013（1）：39-40