通信基站電源模塊常見故障和診斷方法的研究

徐宏敏

摘? 要：通信基站電源模塊具有集成度高、可靠性高、結構設計簡單等優(yōu)勢，被廣泛應用在各大行業(yè)中，但在具體使用中頻繁發(fā)生故障，嚴重影響了通信基站電源模塊運行的穩(wěn)定性和安全性。基于此，該文結合理論實踐，在分析通信基站電源模塊特點的基礎上，分析了常見的故障和診斷方法，希望對通信基站電源模塊可靠運行有一定的參考和借鑒。

關鍵詞：電源模塊? 模塊無輸出? 診斷? 使用壽命

中圖分類號： TN86? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2020）10（c）-0042-03

Abstract： The power module of communication base station has the advantages of high integration， high reliability and simple structure design， which is widely used in various industries. However， frequent failures occur in the specific use， which seriously affect the stability and security of the power module of communication base station. Based on this， combined with theoretical practice， this paper analyzes the common faults and diagnosis methods on the basis of analyzing the characteristics of power module of communication base station， hoping to provide some reference for reliable operation of power module of communication base station

Key Words： Power module; Module without output; Diagnosis; Service life

常見的通信基站電源模塊是一種交流轉直流的電源模塊，應用得當可有效取代傳送適配器，可看作小型化開關電源，無須外掛電源適配器就可以正常使用。通信基站電源模塊運行結構比較復雜，而且會受到很多因素的共同影響，故障隱患比較多，嚴重影響了通信基站電源模塊運行的穩(wěn)定性，開展常見故障和診斷方法的研究，有助于提升模板應用的穩(wěn)定性和安全性，值得高度重視。

1? 電源模塊的組成及工作原理

1.1 防雷單元

防雷單元通信基站電源模塊的主要結構，主要作用是避免雷電流破壞通信基站電源模塊結構，保證其運行的安全性及穩(wěn)定性。防雷單元由壓敏電阻、防雷器、避雷帶共同組成。

1.2 EMI電路

EMI電路的主要作用是去除通信基站電源模塊中因為電網波動造成的高頻脈沖，其由兩部分共同組成，一是電感元件，二是電容元件。在電源模塊應用合理應用EMI電路，可大幅度降低外界電磁造成的影響，實現穩(wěn)定運行。

1.3 整流電路

整流電路的在通信基站電源模塊系統中起到的主要作用將正負交變的50 Hz電壓，轉變成單方向的脈沖，為電源模塊穩(wěn)定運行提供電壓支持，主要利用了二極管的單向導電性能。

1.4 濾波電路

濾波電路的主要作用是通信基站電源模塊系統運行提供平滑的直流電壓。

1.5 輸入過欠壓保護電路

此電路由電阻元器件、運放IC元器件等共同組成，使用的電壓是經過自整流和濾波之后的電壓，經過電阻元器件分壓之后，再輸入到運放IC中。

1.6 PFC電路

PFC電路在通信基站電源模塊系統中的主要作用是對功率因素進行校正，補充電路中造成的損失，PFC電路運行質量越高，表明系統電能利用率就越高。由升感電壓、快恢復二極管、IC元器件等共同組成。PFC電路有多種拓撲結構，在我們常維修的電源模塊中一般使用升壓型有源功率校正電路。

1.7 功率變換電路

這是一種由高頻變壓器、快恢復二極管等元器件共同組成的電路，主要作用是根據輸出功率的大小，開關頻率的工作范圍，以及開關管承受的電壓、電流應力的不同，功率變換電路在具體應用中可按照通信基站電源模塊系統的具體要求，合理選擇拓撲結果，常用的是全橋式功率變化電路。

1.8 PWM控制電路

在通信基站電源模塊中的主要作用為功率開關穩(wěn)定運行提供必要的PWM驅動信號，組成系統相對比較復雜，由三極管、電阻、PWM信號驅動元件等共同組成，可有效控制電路中的輸出電壓。

1.9 輸出整流濾波電路

由肖特基二極管、電容和電感等元器件組成，主要功能是將高頻變壓器輸出的正負到稱方波脈沖電壓交替整流成單向輸出的方波電壓，使輸出的直流電壓更加穩(wěn)定。

1.10 采樣電路

主要作用是采集輸出端電壓及電流信息，并將采集到的相關數據和信息及時反饋到控制電路，以調整輸出信號的占空比，保證通信基站電源模塊系統電壓能夠穩(wěn)定運行。其由電阻、光耦、運放IC元器件等共同組成。

1.11 保護電路

保護電路的主要作用是一段通信基站電源模塊發(fā)生故障，可立即切斷故障線路，避免發(fā)生更大的損失，主要有三極管、光耦、采樣電阻等共同組成。常用的保護電路有短路保護電路、限流保護電路、輸出過壓保護電路等。

2? 電源模塊的特點

電源模塊的工作原理是，先將交流電經過變壓器降低電壓賦值，經過整流電流整流之后，就能得到脈動式的直流電，再經過濾波電路處理，就可以得到帶有微小波紋電壓的直流電壓。如果在具體使用時需要用到高精度的電壓，還需要經過穩(wěn)壓電路進行穩(wěn)壓處理。和其他傳統開關電源相比，AC-DC電源模塊具有如下特點。

第一，體積比較小。電源模塊體積為傳統開關電源體積的50%左右，可為用戶提供更加輕薄短小的使用體驗。

第二，多為灌膠產品。具有防潮、防塵、防震特性，是移動產品、戶外產品最佳的選擇方式。

第三，工作溫度寬廣。電源模塊-40 ℃～70 ℃之間，都能穩(wěn)定運行。尤其適用于戶外工業(yè)控制器使用。

3? 電源模塊常見故障和診斷方法

3.1 通電之后，電源模塊無輸出

當電源模塊接通電壓之后，并沒有任何輸出，或者導致電源模塊直接損耗，是應用電源模塊時比較常用的故障。引發(fā)此故障的主要原因是在使用電源模塊時，選擇的電源外圍器件不合適，或者相關元件發(fā)生損傷，沒有及時發(fā)現，也有可能電源模塊使用的電磁環(huán)境比較惡劣或者操作失誤引起的。診斷此類故障的主要方法如下。

第一，輸出引腳焊接錯誤或者PCB殘留錫渣，導致電源模塊的輸出線路發(fā)生短路，致使電源模塊在短路保護狀態(tài)下運行。此時，需要按照絲印圖正確焊接引腳，并全面清洗PCB，排除短路狀態(tài)之后，重新通電后即可正常使用。

第二，輸入外接的保險絲FUSE發(fā)生損壞，也有可能引發(fā)此類故障。此時，需要先排查電源模塊輸入前置電路是否存在短路情況，然后檢查保險絲的規(guī)格是否符合要求，因為，如果保險絲的規(guī)格太小會引起電源模塊無輸出。按照具體的使用說明書推介的規(guī)格合理選擇保險絲。

第三，用戶使用電源模塊的電壓環(huán)境本身不夠穩(wěn)定，輸出電壓超過其正常使用規(guī)定，導致AC-DC電源模塊在啟動瞬間就發(fā)生損壞。需要按照電源模塊的規(guī)格數據要求合理控制供電范圍。

第四，當電源模塊啟動之后，可能存在較大的浪涌電流，直接啟動發(fā)生瞬間損壞，此時需要按照規(guī)格書上規(guī)定的防護電路，在電源模塊前端安裝浪涌抑制電路。

3.2 基站電源模塊使用不當

在使用電源模塊時，沒有準確估算所需的負載，導致電源模塊處于超載啟動或者超載工作狀態(tài)下。比如：該公司承接的電源模塊上站維護工作中發(fā)現某中恒基站實際運行時的最大負載為會達到80 A，而相應的匹配的型號為APR48的電源模塊數量僅為2塊（APR48每塊最大負載為33.5 A），此時若增加1個相應模塊，則可以達到分解負載系數，保證每個電源模塊都運行在合理的負載區(qū)間，增加電源模塊的使用壽命。可以設想，如果沒有采取相應措施，長期處于超載運行的模塊必將降低模塊使用壽命或危及基站安全運行。

3.3 長期運行導致元器件老化損壞

電源模塊是一種進行電能轉換的設備，在具體轉換過程中，必然會損失一部分電能，并轉化為熱能釋放出來。電源模塊中有很多電子元件，電子元件工作的穩(wěn)定性、老化速度等和所處環(huán)境的溫度密切相關，使用不當，也會導致電源模塊無法正常工作，或者正工作一段時間后就發(fā)生損壞。

結合該公司承接的電源模塊維修工作經驗總結出：長期運行的電源模塊大體故障問題為模塊進水，造成短路燒毀故障;通風口附近電路板腐蝕、老化，導致元器件接觸不良;板材腐蝕、老化導致斷線;過電壓或過電流導致電源板元器件燒毀、擊穿以及其他外部問題導致的故障等。診斷時應多注意通風口附近元器件的完好及線路的導通、常見的故障元件測量等;上電前應做好測量，如有明顯故障現象應立即斷電，防止造成二次損傷。

3.4 在惡劣環(huán)境下無法正常運行

在電源模塊運行中，隨著溫度的升高，輸出電壓會發(fā)生間歇性震蕩，當溫度升高到一定程度之后，就會發(fā)生過溫度保護現象，從而導致輸出波紋增大或者導致電源模塊發(fā)生鼓包現象，造成不可修復性損傷。為解決此類故障，如果電源模塊工作的外部環(huán)境溫度升高，需要嚴格按照產品手冊中的降額曲線合理操作，或者選擇功率比較大的電源模塊。比如：某中興基站發(fā)現ZXD1500（最大輸出功率1 500 W）電源模塊在運行中發(fā)熱很嚴重，經過分析電源模塊的運行環(huán)境，發(fā)現存在嚴重的超載運行，負載所需的功率比模塊的最大輸出功率大，使到模塊內部產生很大熱量。將電源模塊更換為ZXD2400（最大輸出功率2 400 W）后該問題得到解決。

4? 提升電源模塊使用壽命措施

（1）從現場維護過程中發(fā)現有部分站點為市電電壓不穩(wěn)導致基站電源模塊工作不正常，應該加強站點輸入電壓的穩(wěn)定性，保障電源模塊在相應的工作電壓下工作。

（2）從現場維護過程中發(fā)現，后備用電池存在諸多問題，存在使用年限過久、電池失效等問題，導致充放電時損壞電源模塊的故障發(fā)生，望加強對后備電池質量的巡視工作。

（3）從現場維護過程中發(fā)現，部分故障原因可通過監(jiān)控設置即恢復，現場維護人員的技能水平參差不齊，無法正確使用相關設備，建議提升服務支撐的技術水平和能力，必要時增強相關培訓，增強使用維護人員的技能水平。

（4）現場維護過程中發(fā)現，部分站點存在運行環(huán)境不良的情況，加強對基站工作環(huán)境和密封性的巡檢及維護清理工作，以保證電源模塊的穩(wěn)定運行。

5? 結語

綜上所述，該文結合理論實踐，研究了電源模塊常見故障和診斷方法，研究結果表明，電源模塊和傳統電源模塊相比，具有高集成度、高可靠性、結構設計比較簡單等優(yōu)勢，但對使用方法有嚴格要求。必須按照產品說明，合理使用才能提升使用的穩(wěn)定性、安全性，否則會降低可靠性。針對電源模塊使用中存在的故障，需要結合故障發(fā)生的根源，選擇有針對性的診斷方法，才能快速、準確地找到故障根源，進行集中處理，及時恢復使用性能，值得使用單位高度重視。

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