通信电源在通信网络基础设施中的重要作用探析

2023-04-15谭刚

通信电源技术 2023年1期

谭刚

（广西通信规划设计咨询有限公司，广西南宁 530007）

0 引言

1963年我国开始着手研究可控整流器，1965年又开始着手研究直流逆变器和晶体管的直流，1980年初引入了开关式电源技术，1980年中期后将这一技术引入实际应用。这些技术在其他领域中的应用表现出较好的实用性，随后被引入通信行业。目前，国内普遍使用高频切换电源。这种通信电源具有诸多优势，如可接收不同大小的电流、尺寸可以缩小、制造费用较少以及效率较高等。尽管在通信系统中通信电源只占很小的一部分，但会直接影响整个通信网的建设和发展。通信电源无论是在技术上还是在其他方面，都和其他通信设备有很大区别。衡量电力设备性能的重要指标包括可靠性和安全性等，如何改善这些性能成为工作人员需要研究的问题[1-3]。

1 通信电源的定义及其未来发展趋势

1.1 通信电源的定义

通信电源是保证通信网络正常运行的供电设施。通信电源设备是整个电网的重要组成部分，如果电源设备出现故障，则会导致通信网络无法正常使用，对网络的正常运转造成影响，轻则暂时丧失通信功能，重则造成治安混乱。尤其是在局域网（Local Area Network）通信建设方面，随着人们对通信供电需求的不断增加，通信电源逐渐步入高速发展时期。通信网络对供电设施的要求非常高，需要保证提供可靠稳定的输出电压、电流，同时要求电压、电流的大小要符合通信设备的实际需求，一旦超出规定的范围，会导致系统出现故障。通信供电设备的种类较多，讨论问题时优先从其可靠性入手。比如，分布式供电可以提高电力设备的可靠性和安全性，主要依靠独立的电源供应，在系统出现故障时实现及时切换，保证通信系统正常运行[4]。

1.2 通信电源的发展及其特点

通信电源是通信系统的重要组成部分。1963年，我国开始研究可控整流器。1965年，直流晶体管和逆变器技术已经被应用于通信网络。1980年初，国外的功率转换技术引入我国，后在通信网络中得到广泛应用[5-10]。目前，我国的通信电源普遍采用高频切换电源，利用率较高。随着通信业务的不断进步，通信用户不断增加，系统对通信电源提出了更高的要求。

1.2.1 高安全性要求

因为通信电源所在的基站大都位置偏远，无法经常进行维护与检测，所以与随时有人监测的通信局站相比，对其安全性具有较高的要求。

1.2.2 拓宽供电装置输入电流的适应范围

国标规定的通信电源的输入电压范围是-15%～+10%，而目前的输入电压范围已无法适用于市场，即使将输入电压拓宽30%也无法适应市场要求。基于此，现在的主要问题是使用最新的技术设备和装置，扩大电流适应范围。

1.2.3 提高机房对通信电源的过电压保护能力和防潮、防尘能力

因为郊外机房多数无人看守，且时常遭受闪电和大雨，雨后普遍受潮，再加上机房无人清理，导致通信电源频频出现故障。所以，设计时应高度重视过电压防护设计、防潮设计、防尘设计等。对于电压防护设计，必须保证保护元件的可替换性，使用防潮、防霉、防烟的高科技装置和器件。

1.2.4 完善机房通信电源和系统的自动化功能

对于日益增多的通信机房，我国当前普遍使用集中式监控管理系统和分散式监控管理系统。这种管理系统的主要优点是能够利用网络智能检测技术对机房的所有数据和信息进行实时监控，同时能对机房所有设备实施操控。这样当网络系统发现异常状况时，监测系统会告警通知维护人员。维护人员不必前往事发地点，可通过远距离输入信息实现对设备的操控，及时处理异常情况。一方面可以提高效率，另一方面防患于未然。

2 避错设计方法

采用增加功能元件参数的使用余量、改善电子元件的稳定性、改善体系结构等方法，有效提高网络的稳定性。

电子元件是构成整个通信体系的主要组成部分，要想提高整个通信网络的安全性，关键在于提高电子元件的安全性。采用更先进的电子元件改善整体性能，通过高效的避错设计方法，测试电子元件状态，替换易发生老化和破损的电子元件，提高整个网络系统的安全性。

3 提高通信电源可靠性的2个设计原则

3.1 通过避错设计增强通信电源的可靠性

在政府允许的经济条件下，尽可能使用高科技、优质的电子元件降低故障发生的可能性，但不要过度提高电子元件的生产成本，通过避错设计增强通信电源的可靠性，同时减少其他电子设备的制造费用。

3.2 通过容错设计提升通信电源的可靠性

系统的容错设计在增强交流供电的安全性和减少故障方面具有优越性。影响通信电源安全性的主要原因有高频电源模块、电源监控设备等。解析冗余容错性的技术是指充分利用系统中各个元器件间的数据冗余，在某个元器件发生故障时及时调整其对应的数据冗余部件，以保证系统在规定数值范围实现最小功率运行，在维修期间或者出现状况时能继续保证系统工作。该方法不仅节约了生产成本，而且经实践验证效果明显，目前已被广泛采用。

4 通信电源可靠性改进措施

4.1 控制好温度

在通信电源中，采用的是高频开关和蓄电池。从频率转换观点来看，该通信电源具有良好的温度适应性，在-40～40 ℃的温度范围仍能正常工作。高频开关具有较强的实用性，但对干燥度和防尘性的要求较高，否则会影响机器的工作。从电池方面来看，通信电源温度适应性很差。蓄电池的最佳使用温度为15～30 ℃，当环境温度超出此范围时，电池容量会受到一定影响。温度在15 ℃以下时，电池容量会随着时间的推移而不断减少。在温度超过30 ℃时，电池寿命将缩短原来的10%。所以，应结合实际情况做好温度调控，采取降温、隔热等措施，改善通信电源的可靠性。

4.2 做好三防保护工作

三防保护是通信供电设备运行的关键环节，是电力设备长时间可靠安全运行的保证。第一，防盐雾、霉变、潮湿等因素的影响。例如，霉变、潮湿以及盐雾等会对印制电路板（Printed Circuit Board，PCB）线造成影响，从而降低通信供电的可靠性和安全性。针对这种情况，可以采用防潮涂料喷涂暴露部位，形成一层保护膜，防止潮湿。第二，做好氧化防护工作。通信电源中普遍存在氧化现象，尤其是钢材零件的氧化现象十分严重。氧化会导致零件表面的腐蚀，影响零件的性能，对零件造成严重危害，导致零件无法正常工作。所以，必须采用抗氧化剂对零件进行钝化，以提高其抗氧化性。第三，做好保护措施。外界的损坏必然会对通信供电造成一定影响。为了防止通信电源的损坏和失窃，必须做好相应的防护措施。

4.3 强化应用程序的管理

在通信电源使用过程中，要结合实际情况持续优化供电设施。在通信电源的生产过程中，必须保证其充电性能较好。在存储、运输、安装过程中有可能发生电量损耗的情况，为了保证电源的正常性能发挥，必须进行合理的大容量充电。在移动和安装通信电源时，要注意接线端端的搬运，不要在接线端施加外力。此外，电力设备应尽量避开易燃物品，放置在空旷的地方。为了防止对通信电源造成不必要的影响，要对其进行必要的清洁工作。

4.4 做好避错与容错设计

在条件许可的情况下，应采用高质量、高科技元器件降低故障发生的可能性，并避免因过高的元器件成本导致其他电子设备的制造费用减少，从而影响到其他设备的使用。相对于避错设计的限制，容错设计可以提高通信电源的可靠性，使故障发生的可能性降到最低。分析冗余度是指在处理各种软件冗余的情况下，协调冗余部分，使之处于容许的范围内，从根本上保证通信电源的正常运转。既保证了试验的可行性，又具有良好的实际应用价值。实际上，无论采取何种方法和防护手段，都无法保证系统运行零故障。因此，在预防阶段需要持续改进诊断程序，在故障探测方面要综合网络设备做好网络监控，及时隔离故障，并将异常信息及时反馈给主机。工作人员要及时处理和分析异常数据，以最快的速度进行修正，提高工作效率，减少意外的发生。

5 电源管理系统的高可维性和可用性设计方案

通信电源系统的可维性设计，是为了在系统出现问题以后可迅速得到修复。电源模块采用带电源插拔方式，即电源模块在任意情况下均可任意插入和取出。电源的带电插拔方式能够及时维护工作质量，同时降低了维护难度。通信电源的故障诊断系统，能够对通信电源进行实时的监控，可以为供电系统的维护工作提供方便。通过监控系统将发生问题的信息及时反馈给管理人员，以便尽快采取相应的处理方法。