【正文】 冊通信電源基礎(chǔ)》l 電力電子技術(shù)相關(guān)設(shè)計書籍第1章 通信電源系統(tǒng)概述作為通信系統(tǒng)的“心臟”，通信電源在通信局（站）中具有無可比擬的重要地位。電源的安全、可靠是保證通信系統(tǒng)正常運行的重要條件。因為在數(shù)字程控交換局中，信息存在存儲單元中，雖然重要的存儲單元都是雙重設(shè)置的，若電源中斷，兩套并行工作的存儲器同時丟失信息，則信息需從磁帶、軟盤等重新輸入程序軟件，通信將長時間中斷。2. 穩(wěn)定性高：各種通信設(shè)備都有要求電源電壓穩(wěn)定，不允許超過容許的變化范圍，尤其是計算機控制的通信設(shè)備，數(shù)字電路工作速度高，頻帶寬，對電壓波動、雜音電壓、瞬變電壓等非常敏感。這就要求電源設(shè)備（主要指整流電源）應(yīng)有較高轉(zhuǎn)換效率，即要求電源設(shè)備的自耗要小。為了提高系統(tǒng)的可靠性，而把相關(guān)的部分做成模塊?，F(xiàn)代電信要求高頻開關(guān)電源采用分立式的模塊結(jié)構(gòu)，以便于不斷擴容、分段投資，并降低備份成本。從而提高維護的及時性，減小維護工作量和人力投入，提高維護工作的效率。集中供電和分散供電各有優(yōu)點，因條件不同斟酌選用。蓄電池不會污染機房等。這樣，將整流器、直流配電、電池化整為零，使它們能夠小型化，相對的小容量。計算表明，在傳輸相同功率的情況下，380V交流電流要比48V的直流電流小得多，在傳輸線上的壓降造成的功率損耗只有集中供電的1/49~1/64。當(dāng)市電中斷時，通信設(shè)備可由油機發(fā)電機組供電。3. UPS：為了確保通信電源不中斷、無瞬變，可采用靜止型交流不停電電源系統(tǒng)，也稱UPS。當(dāng)市電中斷時，蓄電池通過逆變器給通信設(shè)備提供交流電源。5. 連接方式——交流電源備份方式大型通信站交流電源一般都由高壓電網(wǎng)供給，自備獨立變電設(shè)備。一些小的局站、移動基站只接入一路市電（配足夠容量的電池），油機為車載設(shè)備。4. 直流配電屏：為不同容量的負載分配電能，當(dāng)直流供電異常時要產(chǎn)生告警或保護。6V、177。許多通信設(shè)備采用了大量的集成電路組件，而這些組件需要5V~15V的多種直流電壓。為了克服這個缺點，目前大多數(shù)通信設(shè)備采用DCDC變換器給內(nèi)部電路供電。6. 連接方式——直流供電方式蓄電池是直流系統(tǒng)供電不中斷的基礎(chǔ)條件。由于蓄電池通常處于充足電狀態(tài)，所以市電短期中斷時，可以由蓄電池保證不間斷供電。但這種供電方式有個缺點——在并聯(lián)浮充工作狀態(tài)下，電池由于長時間放電導(dǎo)致輸出電壓可能較低，而充電時均充電壓較高，因此負載電壓變化范圍較大。2. 交流接地交流接地包括：交流工作接地、保護接地、防雷接地。聯(lián)合地線的標(biāo)準(zhǔn)連接方式是將接地體通過匯流條（粗銅纜等）引入電力機房的接地匯流排，防雷地、直流工作地和保護地分別用銅芯電纜連接到接地匯流排上。傳統(tǒng)的相控電源，是將市電直接經(jīng)過整流濾波提供直流，由改變晶閘管的導(dǎo)通相位角，來控制整流器的輸出電壓。由于調(diào)整管上損耗較大的功率，所以需要較大功率調(diào)整管并裝有體積很大的散熱器，發(fā)熱嚴(yán)重，效率很低，一般只用作小功率電源，如設(shè)備內(nèi)部電路的輔助電源。當(dāng)時美國研制出了20kHz的DC/DC變換器，這為開關(guān)電源的發(fā)明創(chuàng)造了條件。隨著電力電子技術(shù)和自動控制技術(shù)的發(fā)展，開關(guān)電源的各方面的技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。開關(guān)電源要大量進入電網(wǎng)，就必須提高功率因數(shù)，減輕對電網(wǎng)的污染，以免破壞電網(wǎng)的供電質(zhì)量。圖14 三相無中線整流電路利用無源功率因數(shù)校正技術(shù)這一技術(shù)是在三相無中線整流方式下，諧波含量降到10%以下，電路如圖15所示，適當(dāng)選擇校正的參數(shù)?？梢姴捎糜性葱Ｕ箅娏髦C波含量大減少，已接近正弦波，安圣公司生產(chǎn)的50A整流模塊采用了這種技術(shù)。電源系統(tǒng)配有監(jiān)控單元對整個系統(tǒng)進行監(jiān)控，電池自動管理，作為人機交互界面處理各監(jiān)控板采集的數(shù)據(jù)、過濾告警信息、故障診斷，并提供通訊口以供后臺監(jiān)控和遠程監(jiān)控。總之，這些技術(shù)上的進步和使用維護上的方便，使得開關(guān)電源在通信電源中逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位，成為現(xiàn)代通信電源的主流。思考題為何通信設(shè)備對電源的可靠性要求很高？通信電源系統(tǒng)是通過什么方法來達到這一要求的？和傳統(tǒng)相比，現(xiàn)代通信對電源系統(tǒng)有何新要求？集中供電和分散供電各有什么優(yōu)缺點？試說明通信電源系統(tǒng)的構(gòu)成。 線性電源、相控電源與開關(guān)電源交流電經(jīng)過整流，可以得到直流電。 線性穩(wěn)壓電源線性穩(wěn)壓電源通常包括：調(diào)整管、比較放大部分（誤差放大器）、反饋采樣部分以及基準(zhǔn)電壓部分，它的典型原理框圖如圖18所示。圖21為用分立元件組成簡單的線性穩(wěn)壓器電路線性穩(wěn)壓電源的線路簡單、干擾小，對輸入電壓和負載變化的響應(yīng)非?？?，穩(wěn)壓性能非常好。要提高效率，就必須使圖21中的功率調(diào)整器件處于開關(guān)工作狀態(tài)，電路相應(yīng)地稍加變化即成為開關(guān)型穩(wěn)壓電源。高頻變換器和輸出濾波器一起構(gòu)成主回路，完成能量處理任務(wù)。具體的穩(wěn)壓過程如下：當(dāng)開關(guān)穩(wěn)壓電源的負載電流增大或輸入電壓Ui降低時，輸出電壓Uo輕微下降，控制回路就使高頻變換器輸出的脈沖方波的寬度變寬，即給電容多充點電（充電時間加長），少放點電（放電時間減短），從而使電容C上的電壓（即輸出電壓）回升，起到穩(wěn)定輸出電壓的作用。具體性能指標(biāo)對比如表21所示。這些使得開關(guān)電源的性能幾乎全面超過相控電源，在通信電源領(lǐng)域已大量取代相控電源。70年代后期，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的高度發(fā)展，高反壓快速功率開關(guān)管使無工頻變壓器的開關(guān)穩(wěn)壓電源迅速實用化。總之，隨著電技術(shù)的發(fā)展，開關(guān)穩(wěn)壓電源的缺點正逐步被克服，其優(yōu)點也得以充分發(fā)揮。開關(guān)電源的基本電路框圖如圖23所示。2. 主電路交流輸入濾波器：其作用是將電網(wǎng)中的尖峰等雜波過濾，給本機提供良好的交流電，另一方面了也防止本機產(chǎn)生的尖峰等雜音回饋到公共電網(wǎng)中。輸出整流濾波：是根據(jù)負載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。圖24 安圣HD系列開關(guān)整流器的典型原理框圖安圣的HD系列高頻開關(guān)整流器的典型原理框圖如圖24所示。除此之外，還有一些輔助電路：輔助電源電路、風(fēng)扇故障保護電路、表頭顯示電路及其它一些提高系統(tǒng)可靠性的保護電路。圖25 典型主電路2. 交流輸入濾波及橋式整流濾波電路電容C11C11C118，共模電感L102構(gòu)成EMI（Eletromagnetic Interference電磁干擾）濾波器，其作用是：一方面抑制電網(wǎng)上的電磁干擾；另一方面它還對開關(guān)電源本身產(chǎn)生的電磁干擾有抑制作用，以保證電網(wǎng)不受污染。4. 次級濾波電路由于DC/DC全橋變換器輸出的直流電壓仍含有高頻雜音，需進一步濾波才能滿足要求。市電I和市電II分別由空開ZKZK2接入，接觸器K1，K2及其輔助接點構(gòu)成機械與電氣互鎖功能。市電控制板通過采樣板檢測的電壓信號來控制接觸器K1，K2的驅(qū)動線圈，從而實現(xiàn)兩路市電的自動切換。整流器交流輸入開關(guān)：交流配電單元分別為系統(tǒng)的每一個整流器提供一路交流輸入，開關(guān)容量根據(jù)整流器容量確定。交流切換控制電路：完成兩路交流自動切換、過欠壓保護、告警等功能。直流配電單元的正負母排分別與整流模塊輸出的正負極相連，同時它還可以接入兩組電池BATBAT2。圖27 直流配電單元工作原理圖 PS系列電源簡介安圣從90年開始著手開發(fā)、研制、生產(chǎn)高頻開關(guān)電源系統(tǒng)，建立了良好的組織管理體系和技術(shù)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。圖28 PS系列電源系統(tǒng)組成原理市電輸入到交流配電，交流配電將電能分配給各路交流負載和整流模塊，整流模塊將交流電壓整流成48V的直流電。由于監(jiān)控模塊配有標(biāo)準(zhǔn)的通信接口，可以通過近程后臺或遠程后臺監(jiān)控電源系統(tǒng)的運行，實現(xiàn)電源系統(tǒng)的集中維護。交流異?；蛑绷鬏敵霎惓r發(fā)出告警或自動保護。如熔斷器斷告警、電池欠壓告警、電池過放電保護等。監(jiān)控模塊還配有標(biāo)準(zhǔn)的通信口，RS23RS485或RS422通信口，作為后臺監(jiān)控的接口。典型的48V系列通信電源系統(tǒng)：PS4840/PS48300/2PS48360/PS48400/50、PS486002/50、PS481000/100。開關(guān)電源的基本原理、組成結(jié)構(gòu)。思考題相控、線性、開關(guān)電源的穩(wěn)壓原理有哪些差別？線性電源由哪四個部分構(gòu)成？開關(guān)電源和線性電源相比各有什么優(yōu)缺點，各適用于什么情況？開關(guān)電源和相控電源相比，有什么優(yōu)點？出現(xiàn)這些差別的根本原因是什么？如果整流模塊的風(fēng)扇損壞，將可能出現(xiàn)什么現(xiàn)象？第3章 電源監(jiān)控系統(tǒng)電源監(jiān)控系統(tǒng)是電源系統(tǒng)的控制、管理核心，它使人們對通信電源系統(tǒng)的管理由繁瑣、枯燥變得簡單、有效。本章從系統(tǒng)出發(fā)，全面介紹了PS系列電源監(jiān)控的結(jié)構(gòu)、特點、功能及使用方法，并分別介紹了集散式監(jiān)控系統(tǒng)的原理及構(gòu)成、集中式監(jiān)控系統(tǒng)的原理。電源后臺維護管理軟件在WINDOWS操作環(huán)境下運行，提供友好的全中文圖象界面，充分考慮各種通訊線路情況，具有多種糾錯功能。主要型號有PSMPSMPSM2PSMA、NP9801等。 集散式監(jiān)控系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)及監(jiān)控量集散式監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖31所示。 說明：通俗的講，在集散式監(jiān)控系統(tǒng)中，各整流模塊、交流配電單元及直流配電單元均有自己單獨的CPU功能，而集中式卻沒有。 遙信量直流配電各輸出支路熔斷器通斷狀態(tài)；電池組熔斷器通斷狀態(tài)；電池充電電流過大，電池電壓欠壓、過壓；市電電網(wǎng)停電、缺相，電網(wǎng)電壓過高、過低；整流模塊工作溫度過高、整流模塊輸出電壓過高、過低；整流模塊輸出過流保護、整流模塊輸入交流電壓過高、過低、缺相或相間電壓嚴(yán)重不平衡。具體來說，測量的模擬量包括整流模塊的輸出電壓和輸出電流；采集的報警量有交流輸入過低報警、交流輸入過高報警、電壓不平衡報警、模塊過熱報警、輸出電壓過低報警、輸出電壓過高報警、輸出過流報警；對整流模塊的控制包括均充、浮充控制，限流點的改變，整流模塊的開啟和關(guān)停以及調(diào)節(jié)整流模塊電壓升降等。其原理框圖如圖33所示。同時對電網(wǎng)出現(xiàn)的如電網(wǎng)停電、電網(wǎng)電壓過高、電網(wǎng)電壓過低，給出具體指示，并發(fā)出聲光報警。圖34 交流屏監(jiān)控單元原理框圖交流信號轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷餍盘柌捎玫氖钦嬗行е缔D(zhuǎn)換器，也就是說無論交流信號有何種畸變，最終測量的結(jié)果仍然保證是有效值。PS系列電源監(jiān)控系統(tǒng)是如何實現(xiàn)電池自動管理的。充放電頻率越高，電池使用壽命越短。 電池的規(guī)格及主要參數(shù) 電池規(guī)格及結(jié)構(gòu)參數(shù)（GFM系列）一、電池外形及裝配尺寸C10含義： 電池放電10小時釋放的容量，單位為Ah。防止因過充電導(dǎo)致水分解而引起電解液的減少，要實現(xiàn)電池的密封。1. 放電特性圖圖42為25℃(A)(A)的放電電流放電至終止電壓時的定電流放電特性圖。放電后的蓄電池充滿電所需時間隨放電量、充電初期電流、溫度而變化?？梢源致杂嬎悖?5℃環(huán)境溫度下放置時，％以下，這是由于特殊配方的鉛鈣合金蓄電池自放電量可控制到最小程度，約為鉛銻合金蓄電池1/4－1/5。 壽命特性影響蓄電池使用壽命的主要因素：環(huán)境溫度放電次數(shù)（頻度）放電深度充電電壓（浮充電流）1. 板柵腐蝕效應(yīng)通常浮充充電時，電池內(nèi)產(chǎn)生的氣體通過氧復(fù)合反應(yīng)被負極板吸收變成水，不會由于電解液的枯竭引起容量喪失。2％以內(nèi)。圖47 蓄電池加速壽命老化試驗曲線圖 電池的使用1. 蓄電池使用環(huán)境使用環(huán)境溫度范圍：－15℃～＋45℃避開熱源和陽光直射場所；避開潮濕、可能浸水場所；避開完全密閉場所。③不準(zhǔn)打開排氣閥④操作時不能佩帶介子、項鏈等金屬物，安裝鉛酸電池時應(yīng)戴膠手套l 安裝及接線①將金屬安裝工具（如板手）用絕緣膠帶包裹，進行絕緣處理；②先進行蓄電池之間的連接，然后再將蓄電池組與充電器或負載連接；③多組電池并聯(lián)時，遵循先串聯(lián)后并聯(lián)的接線方式；為保證較好的散熱條件，各列蓄電池需保持10mm左右間距；④連接前后，在蓄電池極柱表面敷涂適量防銹劑；⑤蓄電池安裝完畢，測量電池組總電壓無誤后，方可加載上電。單格（以25℃為基點） 注意：同一電池組各單體電池的電壓值在使用初期會出現(xiàn)一定偏差，半年之后將趨于一致。2. 檢查與維護（1）每個月檢查項目項 目內(nèi) 容基 準(zhǔn)維 護①蓄電池組浮充總電壓測量蓄電池組正負極端電壓單體電池浮充電壓電池個數(shù)將偏離值調(diào)整到基準(zhǔn)值②蓄電池外觀檢查電池殼、蓋有無漏液、鼓漲及損傷外觀正常外觀異常先確認(rèn)其原因，若影響正常使用則加以更換檢查有無灰塵污漬外觀清潔用濕布清掃灰塵污漬檢查機柜、架子、連接線、端子等處有無生銹無銹跡出現(xiàn)銹跡則進行除銹、更換連接線、涂拭防銹劑等處理③連接部位檢查螺栓螺母有無松動連接牢固擰緊松動的螺栓螺母④直流供電切換切斷交流，切換為直流供電交流供電順利切換為直流供電糾正可能偏差（2）每季度檢查項目除了每個月檢查維護項目外，增加以下一項內(nèi)容項 目內(nèi) 容基 準(zhǔn)維 護每個蓄電池的浮充電壓測量蓄電池組每個電池的端電壓溫度補償后的浮充電壓值177。充分保證電源系統(tǒng)安全、正常運行。例如，一類市電供電的單位，可采用全浮充方式供電，其蓄電池容量可按1小時放電率來選擇；二類市電供電的單位，可采用全浮充或半浮充方式供電，其蓄電池容量可按3小時放電率來選擇；三類市電供電的單位，可采用充放電方式供電，其蓄電池容量可按8～10小時放電率來選擇。t──實際電解液的最低溫度。I平均式中，K──電池容量計算系數(shù)，可參見《電信工程設(shè)計手冊－17分冊》。計算結(jié)果有小數(shù)時，進位取整數(shù)(只)；U最小──通信設(shè)備規(guī)定允許的最低工作電壓(V)；△U最大──電池組至通信設(shè)備端放電回路機線設(shè)備的最大電壓降總和(V)；U放終──電池放電終止電壓。當(dāng)交流電正常供應(yīng)時，負載電流由交流電經(jīng)整流后直接供電于負載，蓄電池處于微電流(補充其自放電所耗電能)充電狀態(tài)；當(dāng)交流電停供時才由蓄電池單獨供電于負載，故蓄電池經(jīng)常處于充足狀態(tài)，大大減少了充放電循環(huán)周期，延長了電池壽命。圖48中UAB是蓄電池的浮充電壓，由整流器穩(wěn)壓方式提供(穩(wěn)壓精度必須達到177。