淺談通信電源中的開關電源

孫程

摘要：通信電源作為通信設備系統的重要動力供應，其基礎地位無可動搖，因此本文主要從通信電源中的開關電源的不同種類出發，并介紹了開關電源的關鍵技術，最后提出了開關電源技術未來的發展方向。

關鍵詞：通信電源;開關電源;關鍵技術

一、引言

若通信電源的直流供電系統發生瞬間中斷故障，則會對整個通信網絡造成災難性的過后，甚至會導致整個通信網絡的短時中斷，甚至癱瘓。因此，如何達對通信電源進合理設計，則是整個通信網絡數據交換和傳輸，整體信息處理和業務順利進行的重要保障。

二、通信電源中直流穩壓電源的分類

目前，可以按照直流穩壓實現的不同方式，將其劃分為相控電源、線性電源以及開關電源。

2.1 相控電源

相控電源指的是對市交流電進行整流濾波后可以轉換為直流進行供電，而且直流電壓的控制則是通過晶閘管的導通相位的改變來實現。但是，相控電源的工頻變壓器的體積較大、設備笨重;工作頻率較低、產生的噪音也較大，而且對電網干擾以及負載變化響應速度慢。另外，由于其功率因數約為0.6～0.7，效率很低，造成了極大的能源浪費，因此，市面上已經不再采用此項技術。

2.2 線性電源

線性電源為了達到連續控制的目的，主要通過串聯調整管來實現，但是這樣造成的弊端是功率調整管一直工作在其放大區，會導致功率調整管產生較大的功率損耗，從而使得電源的利用效率較低，僅能達到20～40%。同時由于功率調整管的整體發熱損耗相當嚴重，安裝時還要配備較大體積的散熱器。所以線性電源主要應用于一些功率較小且對穩壓精度要求比較高的作業場所例如輔助電源中。

2.3 開關電源

開關電源優點是相控電源和線性電源無法比擬的，具體如下：

（1）工作頻率高，約為40KHZ及以上，且功率因數高約為0.92，因此節能效果突出，尤其有效利用功率校正電路時，其功率因數約為1，對公共電網基本零污染。

（2）其本身所占體積較小，重量也輕，噪聲小，因此在分散供電上具有相對優勢

（3）采用模塊化的設計，在不影響系統供電的情況下，還可實時更換，因此后期維護更加便利。

（4）系統在進行初期設計時，需要預留出終期模型中機架位置，以便后期隨時擴容，無需另配假性負載。

（5）配有標準的通信接口，可以實時并集中模型進行監控，無需人員值守。

由此可見，開關電源的各種優點已經在各行各業中得到充分發揮，且在通信設備及供電系統中逐漸取代了相控電源的位置，而且已經被廣泛應用。

三、開關電源關鍵技術概況

最早的開關電源技術，是美國發明20kHz的DC/DC變換器后，研制出了高頻變換技術的整流器;到了1980年代底，英國制造出了48V成套開關電源;發展到了現代，開關電源技術中則大多數采用基于PWM技術的 MOSFET開關整流器的方式進行相關設計[1]。目前，開關電源中常用的一些技術如下：

3.1 均流技術

在進行基于均流技術的大功率電源系統的開發與設計時，為了滿足基礎電路負載功率的要求以及通信電源模塊備份的要求，需要將若干臺開關電源進行并聯操作的方式才能實現。因此，采用一定的均流措施來實現整流模塊間的并聯運行，是實現大功率電源系統的重中之重，而且通過均流措施，可以有效防止一個或者多個模塊在運行時出現限流或者滿載的狀態，同時還能均勻分配各模塊間的電流應力或者熱應力。

在大功率電源系統設計中，普遍采用的均流措施主要有主從法、輸出阻抗法、外加均流控制器法、按電流大小自動均流法以及按熱應力自動均流法等。其中，效果最好，且形式簡單的方法是則是按電流大小的自動均流法。該方法程序中可自動設置和選定主、從模塊（n個并聯模塊中，自動選擇輸出電流最大的為主模塊，剩余為從模塊）。另外，主模塊會自動依次整定各模塊的電壓，直到負載電流得到均勻分配，從而有效地解決了負載電流分配不均衡的問題。

3.2 軟開關技術

軟開關技術的工作原理是在硬開關的基礎上加入了LC諧振電路，當開關變換時，LC諧振電路會使開關上的電流、電壓降為零，且開關在開通、關斷時的功率損耗也接近零，從而使開關變成理想意義上的零電流開關或者零電壓開關[2]。當前，軟開關技術可以大體分為準諧振技術、諧振技術、PWM與準諧振相結合的一些技術。軟開關技術不但減小了功率器件中電應力以及熱應力的大小，還在一定程度上屏蔽了電磁干擾，降低了開關損耗，從而實現了開關電源的高效節能、提高了系統的可靠性。

3.3 功率因數校正技術

功率因數校正技術是為了進一步提高電網的可靠性能并且提高輸入端的功率因數而提出的，具體技術詳見表1：

四、開關電源的發展趨勢

隨著當前供電系統中高新技術的滲透和應用，開關電源技術的運維管理模式也呈現出高穩定性、高可靠性和高可維護性的方向進行發展。

4.1 小型化

隨著通信設備向小型化、集成化以及分散化的趨勢不斷發展，分散供電的方式則被不斷的推廣和應用，另外，開關電源的工作頻率也向高頻的方向不斷趨近，控制電路的集成化程度也日益增高，這兩個因素也在一定程度上使得開關電源向小型化的方向進行發展。如今，開關電源市場中小型化電源的應用也上升了到了一定的規模，而移動基站、接入網、無線市話、數據產品也勢必要求開關電源向著小型化發展，同時也產生了基于小功率模塊插件的開關電源，小型化的體積更加方便用戶使用且更加安全。

4.2 高智能化

另外，通信領域中開關電源的應用越來越多，但是卻缺乏相應的專業維護人員，因此全自智能化自動檢測系統應運而生。相關檢修維護人員可以借助高智能化系統，對通信電源系統中的各個設備的自檢狀態進行檢修，并及時對故障信息進行診斷和處理。增加高智能化的監控通信系統，如故障診斷專家系統，可以使得檢修人員實時檢測、快速定位、迅速恢復，從而提升工作效率。

4.3 軟開關變換電路為主流

另外，軟開關變換電路的缺點還是很多的，尤其是在電路工作處在高頻范圍時，開關管則耐壓等級要求更高，并且散耗功率能力也要求更大，但是，軟開關變換電路的優點卻足以彌補以上缺點，軟開關變換的開關器件一般不會受到頻率升高的限制，而且軟開關變換器的功率損耗理論上為零，因此軟開關變換電路技術還是會成為今后的發展主流，如零開關PM變換技術、零轉換PWM變換技術等，都為之后的通信電源系統的發展奠定了基礎。

4.4電池管理

在通信電源系統中，電池起著至關重要的作用，因此開關電源也應該具備相對完善的電池管理功能。因此在設計時，我們不能僅對電池的溫度補償、電池保護、電池的均/浮充等這些基礎層面進行管理，還應該加強高層次的管理，諸如電池的充/放電曲線、電池的容量恢復以及容量恢測試等進行全方位的管理。

4.5 多功能性

開關電源還應該向著多功能性發展，在通信電源系統中應針對不同環境、不同用戶、不同的供電需求進行靈活配置，而實現其中某項功能則是通過安裝電路板或者安裝功能塊來實現，類似于計算機的硬件擴充（如替換固態硬盤，安裝顯卡或者安裝網卡等）。開關電源的多功能性可以使用戶依照實際情況控制資金，而營銷上也可以根據模塊化制定價格，最終達到雙贏的目的。

參考文獻：

[1]劉劍.移動通信基站電力保障的分析與研究[M]. 西安理工大學.2009

[2]王利軍.通信電源中開關技術應用及管理與維護[J].西部大開發（中旬刊）. 2013（1）：39-40