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通信電源設計前景范文1
關鍵詞：高速鐵路；通信電源；施工技術
中圖分類號：U238文獻標識碼： A
一、鐵路通信電源的系統特點
關于通信電源，鐵道部陸續頒布了技術要求，制定了嚴格的設計規范，一直非常注重于這方面的技術管理，隨著技術的改進，通信電源系統不斷完善，設備規格大有提高，通信電源系統成為鐵路部門的重要組成部分。作為供電系統，鐵路通信電源獨立于鐵道部，由外供交流供電系統與直流供電系統組成，外供交流電源的來源有兩部分組成，第一部分是鐵路內部的變電所配電所等專用電源，第二是內部發電電源。每隔六十公里，鐵路局設置一座10KV配電所，自動閉塞電力線路和電力貫通線供電賴此供給。
在鐵路干線、運輸較繁忙的支線無能建有連結鐵路沿線兩相鄰變、配電所，對沿線各車站行車電力負荷等供電的10kV～35kV的電力貫通線路；自動閉塞區段不僅僅設置了電力貫通線，還設有自動閉塞電力線路，后者為專用電源，專門為鐵路自動閉塞信號設備供電。電力貫通線路屬于備用電源。高速鐵路有嚴格的要求，無論是任何情況，必須保證正常供電。專網通信系統都配備精良，準備充足，確保無虞。應急油機、開關整流設備、免維護蓄電池等電源供電系統應有盡有，把這些設備維護好了，它們的壽命又得到了延長，就會減少故障，就會保證鐵路專用通信的狀態良好。對這些設備要經常進行檢查、維護，定期檢查和抽查交替，檢查完畢制定檢修項目表格，惟其如此還能夠更可靠和穩定的讓電源系統正常運轉，從而保證高速鐵路專網的良好運行。
二、鐵路通信電源的重要組成部分
在鐵路通信電源中閥控式密封蓄電池的使用頻率較高，它是直流供電系統的重要組成部分。在市電正常的情況下，它與鐵路通信供電設備整流器并聯運行，雖然在它工作的過程中沒有起到向鐵路通信設備供電的作用，但它能夠有效改善并提高供電設備整流器的供電質量，具有平滑濾波的作用。當市電出現異常或供電設備整流器不能正常工作的時候，蓄電池可以肩負起單獨供電的任務，有效解決通信故障問題。雖然蓄電池有該有點，但其供電時間是十分有限的，不是無窮無盡的，因此在蓄電池內的電量完全放完以前，必須及時恢復供電，讓供電設備整流器重新開機啟動，輸出質量高、穩定性強的直流電源為鐵路通信設備供電，與此同時，還能向蓄電池進行安全均衡的充電。閥控式密封蓄電池的有點有很多，主要包括：電池體積小，污染少，能量大，對于出現故障的蓄電池維修漸變，可以節約占面積，將其與鐵路通信設備同置一室，有效節約鐵路通信設備安裝工程的施工費用。因此，閥控制密封蓄電池在鐵路通信設備中應用廣泛。
三、高速鐵路通信電源對電源系統的新要求
隨著技術的提升，供電方案復雜多樣，電源應用方案設計五彩紛呈。多組供電電壓的一個最明顯的的需求是低壓、大電流。其次，模塊化自由組合擴容互為備用，提高安全系數。模塊化含義有二，第一個是功率器件，第二個是電源單元。頻率一旦有所提高，引線寄生電感，對器件造成應力，就有了過電壓、過電流毛刺的表現。最為突出的是集中監控和智能化、自動化?，F代的信息發展一日千里，遠程監測和控制已經運籌帷幄，這一切都能夠在機房完成。更為精工的要求是，電源本身即可監控，并通過接口傳輸，立即直達遠程維護中心，所有過程瞬息完成；這樣，一切變異都在掌握之中，即時分析故障，維護及時，人力物力的投入達到最低化；工作效率得到最大的提高。智能化，就是電池能夠進行全自動管理，自動檢測，無需人員操作。出了故障，能夠主動保護自身，自動報警、自動診斷與修復。另外，高速鐵路通信電源對電源系統的新要求之一是小型化：經濟、精良。蓄電池屬于后備物品，十五年前就提出全密封免維護的概念產品，小型化的發展則靈活多變，經濟適用。
四、高速鐵路通信電源的施工技術要點
1、施工技術要點
鐵路通信網分樞紐及以上通信設備均被列為一級負荷；分樞紐以下電源室和中間站通信機械室為二級負荷。一級負荷的供電標準是:從兩個不同的變電所各引一路或從不同的母線段引出兩路供電。因此分樞紐及以上通信設備是由兩路可靠交流電源供電的；分樞紐以下由一路可靠交流電源供電，當其附近有第二路交流電源時，采用兩路交流電源供電。
鐵路通信自備發電電源一般采用油機發電機組，對滿足日照要求或風速要求的地區，采用太陽能或風力發展電源作為備用電源也是一種可行的方案，但其一次性投資較高。自備交流發電機組，隨著技術的進步，目前均采用具有自動投入，自動撤出，自動補給性能的設備，此外還必須具有標準化接口和通信協議，以完成其遙信、遙測和遙控功能，達到少人維護、無人值守的目的。
自備發電機組的設置是保證對通信設備不間斷供電的唯一可靠措施，尤其是對災害造成的故障，其中斷時間很難確定。所以鐵路通信站均要求配置自備發電機組；中間站通信機械室每2-4個站配置1臺機動式發電機組，故障時，由通信工區攜帶至故障地點使用，以確保供電的可靠性，同地可減少蓄電池組的備用時間，從而降低蓄電池的容量。
自備交流發電機組的容量，按滿足通信設備用交流功率、直流電源的浮充功率、蓄電池組的充電功率、通信站主機房內應提供保證的用電功率。保證照明一般接實際情況計算、無資料時，除主機房的照明予以保證外，其余房屋的照明功率可按其30-50%估算。
電源系統的可靠性是由交流供電系統，直流供電系統的可靠性共同組成，研究資料表明，交流供電系統的可靠性占系統總可靠性指標的65%，因此，提高交流供電可靠性最為重要。
2、電源系統維護
2.1防塵和定期除塵
大量的灰塵容易造成電源器件散熱不好，特別在氣候干燥的地區。通信電源系統在正常使用的過程中，維護的日常工作量比較少，主要是安排人員定期防塵除塵。而且一季度要徹底地清潔一次，而且在人員除塵時主要檢查各連接件和插接件是否有松動和接觸不牢固的狀況發生。
2.2電源周邊環境要保持潔凈、恒溫、恒濕
濕度和溫度是衡量生產環境因素的重要衡量標準對生產的環節有著至關重要的作用。在一定體積的空氣當中含有的水分越少，空氣越干燥；反之成立。濕度就是空氣的干濕程度。離開溫度控制來談濕度控制是無意義的。通信電源系統設備通常控制電子元件很多，電子元件本身對空間的溫濕度都有一定的標準和要求，只有達到了恒溫和恒濕，才能使電子設備保持良好的運作效率；而潔凈的環境則是防止灰塵進入電源器件當中，造成不必要的器件故障。
五、高速鐵路通信電源技術的發展趨勢
“忽如一夜春風來”，高速鐵路通信電源技術發展迅速，前景喜人，高效率高功率是大勢所趨，網絡化智能化的監控管理的實現標志著監控管理全數字化控制時期的到來，高速鐵路通信電源技術安全、可靠、良好、綠色，隨著高速鐵路通信行業的發展，用高頻開關電源取代相控電源，用釩電池組代替防酸式蓄電池，用計算機遠程監控代替人工控制，是目前高速鐵路通信電源的發展潮流。隨著高速鐵路通信行業的飛速發展，高速鐵路通信電源系統從體制、規范、維護產品標準等方面不斷納入新觀念、新技術、新產品，從而為高速鐵路通信的騰飛奠定了堅實的基礎，在通信產品方面，中達電通股份有限公司的通信電源、UPS以及監控產品堪稱業中翹楚，品質優良，運行穩定，足可信賴。
結束語
做好鐵路通信電源的維修工作，保障其良好運行，才能有效保證電源的供電質量。鐵路通信電源的維修管理人員應該兢兢業業，對于鐵路供電系統中存在的問題進行細致的分析，并找到有效的解決方案，這樣才能保障鐵路通信電源正常工作，有效提高電源工作的可靠性。
參考文獻
[1]田紅.略談高速鐵路通信電源[J].科技風,2013,03:159.
通信電源設計前景范文2
關鍵詞：鐵路電力；遠動系統；措施
Abstract: with the railway modernization construction pace, railway power equipment automation degree unceasing enhancement, signal equipment for power supply quality requirements of the more and more is also high, power far dynamic system in power equipment operation is playing a more and more important role. According to the characteristics of dynamic power far, structure, function and so on several parts for detail.
Keywords: railway power; Far dynamic system; measures
中圖分類號：TP87 文獻標識碼：A 文章編號： 一、引言 近年來，伴隨著中國鐵路五次大提速，中國鐵路通信信號事業得到了迅速發展。為鐵路通信信號設備服務的鐵路電力行業技術也全面向微機化、網絡化方面發展。
最近幾年，做為網絡化技術的核心，電力遠動技術已開始在鐵路電力行業得到廣泛運用。目前，電力遠動技術在各路局使用時一般采用的技術方案包含幾部分內容。
鐵路電力系統由鐵路沿線變配電所、10kV貫通電力線路、低壓配電系統及配套電力設施組成，擔負著為鐵路沿線信號電源、通信電源等一級負荷和動力照明等二、三級負荷的供電任務。鐵路電力遠動系統利用先進的計算機軟硬件技術、網絡通信技術，對鐵路電力系統的各重要環節，如變配電所、通信電源、信號電源、貫通線10kV分斷開關等，進行集中監視、控制、故障報警和處理，實現電力供電系統的自動化調度和管理，提高供電可靠性及運行管理和維護水平，保證鐵路電力系統的安全、經濟運行。 二、鐵路電力系統特點
鐵路電力系統由于應用的特殊性，在系統構成和功能上都有一些有別于地方電力系統的特點，主要體現在3個方面； （一）電壓等級低，變（配）電所結構單一。從電力系統的角度看，鐵路負荷屬于終端負荷，直接面對最終用戶，所以鐵路電力系統絕大多數為10kV配電所和35kV變電所。 由于功能要求、應用范圍基本相同，所以鐵路電力系統中的變（配）電所構成基本相同，功能配置也變化不大，根據鐵路變（配）電所結構與功能標準化的特點，在進行鐵路電力系統配網自動化設計時，可以將變（配）電所的功能作為標準實現方式統一考慮。 （二）系統接線形式簡單。鐵路電力系統的接線就像鐵路一樣，是一個沿鐵路敷設的單一輻射網，各變（配）電所沿線基本均勻分布，并且互相連接，構成手拉手供電方式。連接線有兩種：一種是自閉線，還有一種是貫通線，可能二種連接線都有，也可能只有二者之一。（三）供電可靠性要求高。鐵路電力系統雖然電壓等級低，接線方式簡單，電氣集中設備及區間自閉信號點提供可靠、不間斷電源但直接為鐵路各車站供電，對供電可靠性的要求很高，其負荷（自動閉塞信號）的供電中斷時間不能超過150ms。 三、典型鐵路電力遠動系統的構成 為了充分發揮電力貫通線作用，確保電力貫通線安全可靠供電，減少對鐵路運輸生產的影響，遠動技術被引入到鐵路電力系統。 鐵路10kV電力遠動系統是一個綜合的鐵路供電及設備運行管理系統，由鐵路供電的特殊要求，決定其需要采集的數據量。鐵路電力遠動系統一般選用分層分布式系統結構，主要由遠動控制主站、遠動終端和通信通道三部分構成． 鐵路電力遠動系統對鐵路配電所、電力線路及信號電源運行情況的實時監測控制，起到消滅事故隱患，加快故障處理速度，保證鐵路行車供電的作用。
鐵路電力遠動系統采用N鏈式結構，即一臺遠動控制主站對應著N個被控端；系統一般除了具有遙測、遙控、遙信功能外，線路故障的功能。鐵路電力遠動系統如圖1-1所示。
四、鐵路電力遠動系統的主要功能
（一）遙測、遙信、遙控功能。遙測、遙信、遙控和遙調是遠動系統的基本功能。應用通信技術傳送被測變量的測量值，稱為遠程測量，簡稱遙鍘。應用通信技術完成對設備狀態信息的監視，稱為遠程信號，簡稱遙信。 調度控制中心送給發電廠或變電所的遠程命令有控制命令和調節命令等。應用通信技術，完成改變運行設備狀態的命令稱為遠程命令，又稱遙控，當調度控制中心需要直接抑制發電廠、變電所中的某些設備，如斷路器的合閘、分間，發電機的開機、停機等，就發出相應的控制命令。這種應用通信技術，完成對有兩個確定狀態的運行設備的控制稱為遠程切換。在國內，通常把遠程切換也稱為遙控。 遠動系統的功能根據電力系統的實際需要還在不斷地擴展，為了有助于分析電力系統的事故、保證遠動裝置的正常遠行和便于維護，還具有自檢查、自診斷功能等等。 （二）線路故障檢測。遠動系統在線路故障檢測中發揮了重要的作用。故障發生時，采用過電流檢測原理，即判斷線路電流是否超過整定值來檢測故障。由FTU檢測到故障并上報主站，主站系統首先完成故障自動定位功能，在確認線路失電的情況下，自動遙控斷開故障線段兩側的負荷開關，隔離故障點，最后，自動下發遙控命令閉合兩側配電所出線開關，恢復非故障線段的供電，并給出提示信息和故障處理報告，供調度員作進一步分析。故障發生時，主站自動查找故障區間內所有FTU的暫態310值，找到最大值所在的FTU，則故障點位于該FTU相鄰的某一側。然后比較該FTU兩側的暫態310值，找到較大者，并比較最大值與較大值暫態零序電流的方向，如果相同，則故障點位于最大值FTU的另一側；如果相反，則故障點位于兩者之間。主站系統根據FTU上報的線路電壓數據，高壓斷相故障的位置應該在第一個出現任意線電壓或相電壓低于斷相故障電壓上限門檻值(如小于180V)，而且大于斷相電壓下限門檻值（不為O，如大于30V）的開關和與其相鄰的上游開關之間。鐵路10kV電力貫通線自動化系統的實施，大大地提高了鐵路供電的可靠性，減少了電力管理維護工作量，極大地推進了鐵路供電管理的現代化進程，發展前景十分廣闊。目前，該系統已應用于多條鐵路線上。 五、鐵路遠動的實現問題 目前電力遠動設備在使用中主要存在以下幾個問題：(1)站端通信（FTU列車站）設備抗雷電能力弱，易損、故障多發。(2)接地電阻不能滿足要求。(3)缺少電力遠動專用通道?，F在很多鐵路的遠動通信干道主要有兩種，一是共用路局TMIS網：二是利用信號微機監測網，共用小帶寬通道。這些直接影響了遠動的使用。 針以上這些問題，一般整改需要：(1)整治不合格接地電阻：(2)用光纜代替一般電纜和網線。(3)改善電力遠動通道，例如可以采用信號微機監測網，相對于使用路局TMIS網通道故障率低，能節省通道租用費。六、結束語
遠動技術的應用，能夠使調度值班員在調度中心就可以實時監控全線電力系統的運行情況，也能夠使調度中心的上級主管部門及時掌握系統運行的狀態，進一步提高故障分析的全面性；同時遠程操作大大降低了操作人員人身事故發生的幾率，適應了新時代經濟發展的要求。
通信電源設計前景范文3
當前,電力電子作為節能、節才、自動化、智能化、機電一體化的基礎,正朝著應用技術高頻化、硬件結構模塊化、產品性能綠色化的方向發展。在不遠的將來,電力電子技術將使電源技術更加成熟、經濟、實用,實現高效率和高品質用電相結合。
1.電力電子技術的發展
現代電力電子技術的發展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發展先后經歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件,表明傳統電力電子技術已經進入現代電力電子時代。
1.1整流器時代
大功率的工業用電由工頻(50Hz)交流發電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變為直流電,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發與應用得以很大發展。當時國內曾經掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導體廠家就是那時的產物。
1.2逆變器時代
七十年代出現了世界范圍的能源危機,交流電機變頻惆速因節能效果顯著而迅速發展。變頻調速的關鍵技術是將直流電逆變為0~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態補償等。這時的電力電子技術已經能夠實現整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內。
1.3變頻器時代
進入八十年代,大規模和超大規模集成電路技術的迅猛發展,為現代電力電子技術的發展奠定了基礎。將集成電路技術的精細加工技術和高壓大電流技術有機結合,出現了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導致了中小功率電源向高頻化發展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現,又為大中型功率電源向高頻發展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統的電力電子向現代電力電子轉化的標志。據統計,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導體器件市場上已達到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領域巳成定論。新型器件的發展不僅為交流電機變頻調速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現代電子技術不斷向高頻化發展,為用電設備的高效節材節能,實現小型輕量化,機電一體化和智能化提供了重要的技術基礎。
2.現代電力電子的應用領域
2.1計算機高效率綠色電源
高速發展的計算機技術帶領人類進入了信息社會,同時也促進了電源技術的迅速發展。八十年代,計算機全面采用了開關電源,率先完成計算機電源換代。接著開關電源技術相繼進人了電子、電器設備領域。
計算機技術的發展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環境無害的個人電腦和相關產品，綠色電源系指與綠色電腦相關的高效省電電源,根據美國環境保護署l992年6月17日“能源之星"計劃規定,桌上型個人電腦或相關的設備,在睡眠狀態下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開關電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。
2.2通信用高頻開關電源
通信業的迅速發展極大的推動了通信電源的發展。高頻小型化的開關電源及其技術已成為現代通信供電系統的主流。在通信領域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網變換成標稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機用的一次電源中,傳統的相控式穩壓電源己被高頻開關電源取代,高頻開關電源(也稱為開關型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關頻率一般控制在50-100kHz范圍內,實現高效率和小型化。近幾年,開關整流器的功率容量不斷擴大,單機容量己從48V/12.5A、48V/20A擴大到48V/200A、48V/400A。
因通信設備中所用集成電路的種類繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護,且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標準控制板上,對二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。
2.3直流-直流(DC/DC)變換器
DC/DC變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術被廣泛應用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制,同時使上述控制獲得加速平穩、快速響應的性能,并同時收到節約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調壓的作用(開關電源),同時還能起到有效地抑制電網側諧波電流噪聲的作用。
通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采用高頻PWM技術,開關頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規模集成電路的發展,要求電源模塊實現小型化,因此就要不斷提高開關頻率和采用新的電路拓撲結構,目前已有一些公司研制生產了采用零電流開關和零電壓開關技術的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。
2.4不間斷電源(UPS)
不間斷電源(UPS)是計算機、通信系統以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經逆變器變成交流,經轉換開關送到負載。為了在逆變器故障時仍能向負載提供能量,另一路備用電源通過電源轉換開關來實現。
現代UPS普遍了采用脈寬調制技術和功率M0SFET、IGBT等現代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術的引入,可以實現對UPS的智能化管理,進行遠程維護和遠程診斷。
目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發展也很迅速,已經有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規格的產品。
2.5變頻器電源
變頻器電源主要用于交流電機的變頻調速,其在電氣傳動系統中占據的地位日趨重要,已獲得巨大的節能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器,將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅動交流異步電動機實現無級調速。
國際上400kVA以下的變頻器電源系列產品已經問世。八十年代初期,日本東芝公司最先將交流變頻調速技術應用于空調器中。至1997年,其占有率已達到日本家用空調的70%以上。變頻空調具有舒適、節能等優點。國內于90年代初期開始研究變頻空調,96年引進生產線生產變頻空調器,逐漸形成變頻空調開發生產熱點。預計到2000年左右將形成。變頻空調除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調速的壓縮機電機。優化控制策略,精選功能組件,是空調變頻電源研制的進一步發展方向。
2.6高頻逆變式整流焊機電源
高頻逆變式整流焊機電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機電源,代表了當今焊機電源的發展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應用前景。
逆變焊機電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波,經高頻變壓器耦合,整流濾波后成為穩定的直流,供電弧使用。
由于焊機電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機電源的工作可靠性問題成為最關鍵的問題,也是用戶最關心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調制(PWM)的相關控制器,通過對多參數、多信息的提取與分析,達到預知系統各種工作狀態的目的,進而提前對系統做出調整和處理,解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。
國外逆變焊機已可做到額定焊接電流300A,負載持續率60%,全載電壓60~75V,電流調節范圍5~300A,重量29kg。
2.7大功率開關型高壓直流電源
大功率開關型高壓直流電源廣泛應用于靜電除塵、水質改良、醫用X光機和CT機等大型設備。電壓高達50~l59kV,電流達到0.5A以上,功率可達100kW。
自從70年代開始,日本的一些公司開始采用逆變技術,將市電整流后逆變為3kHz左右的中頻,然后升壓。進入80年代,高頻開關電源技術迅速發展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關元件,將電源的開關頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術成功的應用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統的體積進一步減小。
國內對靜電除塵高壓直流電源進行了研制,市電經整流變為直流,采用全橋零電流開關串聯諧振逆變電路將直流電壓逆變為高頻電壓,然后由高頻變壓器升壓,最后整流為直流高壓。在電阻負載條件下,輸出直流電壓達到55kV,電流達到15mA,工作頻率為25.6kHz。
2.8電力有源濾波器
傳統的交流-直流(AC-DC)變換器在投運時,將向電網注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時還出現裝置網側功率因數惡化的現象,即所謂“電力公害”,例如,不可控整流加電容濾波時,網側三次諧波含量可達(70~80)%,網側功率因數僅有0.5~0.6。
電力有源濾波器是一種能夠動態抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統LC濾波器的不足,是一種很有發展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關功率變換器和具體控制電路構成。與傳統開關電源的區別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流;(2)電流環基準信號為電壓環誤差信號與全波整流電壓取樣信號之乘積。
2.9分布式開關電源供電系統
分布式電源供電系統采用小功率模塊和大規?？刂萍呻娐纷骰静考?利用最新理論和技術成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強電與弱電緊密結合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產效率。
八十年代初期,對分布式高頻開關電源系統的研究基本集中在變換器并聯技術的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術的迅述發展，各種變換器拓撲結構相繼出現,結合大規模集成電路和功率元器件技術,使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動了分布式高頻開關電源系統研究的展開。自八十年代后期開始,這一方向已成為國際電力電子學界的研究熱點,論文數量逐年增加，應用領域不斷擴大。
分布供電方式具有節能、可靠、高效、經濟和維護方便等優點。已被大型計算機、通信設備、航空航天、工業控制等系統逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場合,如電鍍、電解電源、電力機車牽引電源、中頻感應加熱電源、電動機驅動電源等領域也有廣闊的應用前景。
3.高頻開關電源的發展趨勢
在電力電子技術的應用及各種電源系統中，開關電源技術均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源,傳統的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開關電源技術,其體積和重量都會大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節省材料、降低成本。在電動汽車和變頻傳動中,更是離不開開關電源技術，通過開關電源改變用電頻率,從而達到近于理想的負載匹配和驅動控制。高頻開關電源技術,更是各種大功率開關電源(逆變焊機、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術。
3.1高頻化
理論分析和實踐經驗表明,電氣產品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設備的體積重量大體下降至工頻設計的5~l0%。無論是逆變式整流焊機,還是通訊電源用的開關式整流器,都是基于這一原理。同樣,傳統“整流行業”的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據這一原理進行改造,成為“開關變換類電源”,其主要材料可以節約90%或更高,還可節電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高,促使許多原來采用電子管的傳統高頻設備固態化,帶來顯著節能、節水、節約材料的經濟效益,更可體現技術含量的價值。
3.2模塊化
模塊化有兩方面的含義,其一是指功率器件的模塊化,其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七單元,包括開關器件和與之反并聯的續流二極管,實質上都屬于“標準”功率模塊(SPM)。近年,有些公司把開關器件的驅動保護電路也裝到功率模塊中去,構成了“智能化”功率模塊(IPM),不但縮小了整機的體積,更方便了整機的設計制造。實際上,由于頻率的不斷提高,致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴重,對器件造成更大的電應力(表現為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統的可靠性,有些制造商開發了“用戶專用”功率模塊(ASPM),它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中,使元器件之間不再有傳統的引線連接,這樣的模塊經過嚴格、合理的熱、電、機械方面的設計,達到優化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片,再把整個模塊固定在相應的散熱器上,就構成一臺新型的開關電源裝置。由此可見,模塊化的目的不僅在于使用方便,縮小整機體積,更重要的是取消傳統連線,把寄生參數降到最小,從而把器件承受的電應力降至最低,提高系統的可靠性。另外,大功率的開關電源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考慮,一般采用多個獨立的模塊單元并聯工作,采用均流技術,所有模塊共同分擔負載電流,一旦其中某個模塊失效,其它模塊再平均分擔負載電流。這樣,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求,而且通過增加相對整個系統來說功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統可靠性,即使萬一出現單模塊故障,也不會影響系統的正常工作,而且為修復提供充分的時間。
3.3數字化
在傳統功率電子技術中,控制部分是按模擬信號來設計和工作的。在六、七十年代,電力電子技術完全是建立在模擬電路基礎上的。但是,現在數字式信號、數字電路顯得越來越重要,數字信號處理技術日趨完善成熟,顯示出越來越多的優點:便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調試和遙感遙測遙調,也便于自診斷、容錯等技術的植入。所以,在八、九十年代,對于各類電路和系統的設計來說,模擬技術還是有用的,特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問題以及功率因數修正(PFC)等問題的解決,離不開模擬技術的知識,但是對于智能化的開關電源,需要用計算機控制時,數字化技術就離不開了。
3.4綠色化
電源系統的綠色化有兩層含義:首先是顯著節電,這意味著發電容量的節約,而發電是造成環境污染的重要原因,所以節電就可以減少對環境的污染;其次這些電源不能(或少)對電網產生污染,國際電工委員會(IEC)對此制定了一系列標準,如IEC555、IEC917、IECl000等。事實上,許多功率電子節電設備,往往會變成對電網的污染源:向電網注入嚴重的高次諧波電流,使總功率因數下降,使電網電壓耦合許多毛刺尖峰,甚至出現缺角和畸變。20世紀末,各種有源濾波器和有源補償器的方案誕生,有了多種修正功率因數的方法。這些為2l世紀批量生產各種綠色開關電源產品奠定了基礎。
現代電力電子技術是開關電源技術發展的基礎。隨著新型電力電子器件和適于更高開關頻率的電路拓撲的不斷出現,現代電源技術將在實際需要的推動下快速發展。在傳統的應用技術下,由于功率器件性能的限制而使開關電源的性能受到影響。為了極大發揮各種功率器件的特性,使器件性能對開關電源性能的影響減至最小,新型的電源電路拓撲和新型的控制技術,可使功率開關工作在零電壓或零電流狀態,從而可大大的提高工作頻率,提高開關電源工作效率,設計出性能優良的開關電源。
通信電源設計前景范文4
關鍵詞：電力電子技術；開關電源
現代電源技術是應用電力電子半導體器件，綜合自動控制、計算機(微處理器)技術和電磁技術的多學科邊緣交又技術。在各種高質量、高效、高可靠性的電源中起關鍵作用，是現代電力電子技術的具 體應用。
當前，電力電子作為節能、節才、自動化、智能化、機電一體化的基礎，正朝著應用技術高頻化、硬件結構模塊化、產品性能綠色化的方向發展。在不遠的將來，電力電子技術將使電源技術更加成熟、經 濟、實用，實現高效率和高品質用電相結合。
1. 電力電子技術的發展
現代電力電子技術的發展方向，是從以低頻技術處理問題為主的傳統電力電子學，向以高頻技術處理問題為主的現代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件，其發展先后經歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代，并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件，表明傳統電力電子技術已經進入現代電力電子時代。
1.1 整流器時代
大功率的工業用電由工頻(50Hz)交流發電機提供，但是大約20%的電能是以直流形式消費的，其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變為直流電，因此在六十年代和七十年代，大功率硅整流管和晶閘管的開發與應用得以很大發展。當時國內曾經掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮，目前全國大大小小的制造硅整流器的半導體廠家就是那時的產物。
1.2 逆變器時代
七十年代出現了世界范圍的能源危機，交流電機變頻惆速因節能效果顯著而迅速發展。變頻調速的關鍵技術是將直流電逆變為0~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代，隨著變頻調速裝置的普及，大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應用還包括高壓直流輸出，靜止式無功功率動態補償等。這時的電力電子技術已經能夠實現整流和逆變，但工作頻率較低，僅局限在中低頻范圍內。
1.3 變頻器時代
進入八十年代，大規模和超大規模集成電路技術的迅猛發展，為現代電力電子技術的發展奠定了基礎。將集成電路技術的精細加工技術和高壓大電流技術有機結合，出現了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世，導致了中小功率電源向高頻化發展，而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現，又為大中型功率電源向高頻發展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世，是傳統的電力電子向現代電力電子轉化的標志。據統計，到1995年底，功率M0SFET和GTR在功率半導體器件市場上已達到平分秋色的地步，而用IGBT代替GTR在電力電子領域巳成定論。新型器件的發展不僅為交流電機變頻調速提供了較高的頻率，使其性能更加完善可靠，而且使現代電子技術不斷向高頻化發展，為用電設備的高效節材節能，實現小型輕量化，機電一體化和智能化提供了重要的技術基礎。
2. 現代電力電子的應用領域
2.1 計算機高效率綠色電源
高速發展的計算機技術帶領人類進入了信息社會，同時也促進了電源技術的迅速發展。八十年代，計算機全面采用了開關電源，率先完成計算機電源換代。接著開關電源技術相繼進人了電子、電器設備領域。
計算機技術的發展，提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環境無害的個人電腦和相關產品，綠色電源系指與綠色電腦相關的高效省電電源，根據美國環境保護署l992年6月17日"能源之星"計劃規定，桌上型個人電腦或相關的外圍設備，在睡眠狀態下的耗電量若小于30瓦，就符合綠色電腦的要求，提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開關電源而言，電源自身要消耗50瓦的能源。
2.2 通信用高頻開關電源
通信業的迅速發展極大的推動了通信電源的發展。高頻小型化的開關電源及其技術已成為現代通信供電系統的主流。在通信領域中，通常將整流器稱為一次電源，而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網變換成標稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機用的一次電源中，傳統的相控式穩壓電源己被高頻開關電源取代，高頻開關電源(也稱為開關型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作，開關頻率一般控制在50-100kHz范圍內，實現高效率和小型化。近幾年，開關整流器的功率容量不斷擴大，單機容量己從48V/12.5A、48V/20A擴大到48V/200A、48V/400A。
因通信設備中所用集成電路的種類繁多，其電源電壓也各不相同，在通信供電系統中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊，從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓，這樣可大大減小損耗、方便維護，且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標準控制板上，對二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加，通信電源容量也將不斷增加。
2.3 直流-直流(DC/DC)變換器
DC/DC變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓，這種技術被廣泛應用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制，同時使上述控制獲得加速平穩、快速響應的性能，并同時收到節約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調壓的作用(開關電源)， 同時還能起到有效地抑制電網側諧波電流噪聲的作用。
通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化，模塊采用高頻PWM技術，開關頻率在500kHz左右，功率密度為5W~20W/in3。隨著大規模集成電路的發展，要求電源模塊實現小型化，因此就要不斷提高開關頻率和采用新的電路拓撲結構，目前已有一些公司研制生產了采用零電流開關和零電壓開關技術的二次電源模塊，功率密度有較大幅度的提高。
2.4 不間斷電源(UPS)
不間斷電源(UPS)是計算機、通信系統以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經整流器變成直流，一部分能量給蓄電池組充電，另一部分能量經逆變器變成交流，經轉換開關送到負載。為了在逆變器故障時仍能向負載提供能量，另一路備用電源通過電源轉換開關來實現。
現代UPS普遍了采用脈寬調制技術和功率M0SFET、IGBT等現代電力電子器件，電源的噪聲得以降低，而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術的引入，可以實現對UPS的智能化管理，進行遠程維護和遠程診斷。
目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發展也很迅速，已經有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規格的產品。
2.5 變頻器電源
變頻器電源主要用于交流電機的變頻調速，其在電氣傳動系統中占據的地位日趨重要，已獲得巨大的節能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓，然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器， 將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出，電源輸出波形近似于正弦波，用于驅動交流異步電動機實現無級調速。
國際上400kVA以下的變頻器電源系列產品已經問世。八十年代初期，日本東芝公司最先將交流變頻調速技術應用于空調器中。至1997年，其占有率已達到日本家用空調的70%以上。變頻空調具有舒適、節能等優點。國內于90年代初期開始研究變頻空調，96年引進生產線生產變頻空調器，逐漸形成變頻空調開發生產熱點。預計到2000年左右將形成。變頻空調除了變頻電源外，還要求有適合于變頻調速的壓縮機電機。優化控制策略，精選功能組件，是空調變頻電源研制的進一步發展方向。
2.6 高頻逆變式整流焊機電源
高頻逆變式整流焊機電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機電源，代表了當今焊機電源的發展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化，這種電源更有著廣闊的應用前景。
逆變焊機電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經全橋整流變成直流，IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波，經高頻變壓器耦合， 整流濾波后成為穩定的直流，供電弧使用。
由于焊機電源的工作條件惡劣，頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中，因此高頻逆變式整流焊機電源的工作可靠性問題成為最關鍵的問題，也是用戶最關心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調制(PWM)的相關控制器，通過對多參數、多信息的提取與分析，達到預知系統各種工作狀態的目的，進而提前對系統做出調整和處理，解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。
國外逆變焊機已可做到額定焊接電流300A，負載持續率60%，全載電壓60~75V，電流調節范圍5~300A，重量29kg。
2.7 大功率開關型高壓直流電源
大功率開關型高壓直流電源廣泛應用于靜電除塵、水質改良、醫用X光機和CT機等大型設備。電壓高達50~l59kV，電流達到0.5A以上，功率可達100kW。
自從70年代開始，日本的一些公司開始采用逆變技術，將市電整流后逆變為3kHz左右的中頻，然后升壓。進入80年代，高頻開關電源技術迅速發展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關元件，將電源的開關頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術成功的應用于高頻高壓電源，取消了高壓變壓器油箱，使變壓器系統的體積進一步減小。
國內對靜電除塵高壓直流電源進行了研制，市電經整流變為直流，采用全橋零電流開關串聯諧振逆變電路將直流電壓逆變為高頻電壓，然后由高頻變壓器升壓，最后整流為直流高壓。在電阻負載條件下，輸出直流電壓達到55kV，電流達到15mA，工作頻率為25.6kHz。
2.8 電力有源濾波器
傳統的交流-直流(AC-DC)變換器在投運時，將向電網注入大量的諧波電流，引起諧波損耗和干擾，同時還出現裝置網側功率因數惡化的現象，即所謂"電力公害"，例如，不可控整流加電容濾波時，網側三次諧波含量可達(70~80)%，網側功率因數僅有0.5~0.6。
電力有源濾波器是一種能夠動態抑制諧波的新型電力電子裝置，能克服傳統LC濾波器的不足，是一種很有發展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關功率變換器和具體控制電路構成。與傳統開關電源的區別是:(l)不僅反饋輸出電壓，還反饋輸入平均電流; (2)電流環基準信號為電壓環誤差信號與全波整流電壓取樣信號之乘積。
2.9 分布式開關電源供電系統
分布式電源供電系統采用小功率模塊和大規?？刂萍呻娐纷骰静考?，利用最新理論和技術成果，組成積木式、智能化的大功率供電電源，從而使強電與弱電緊密結合，降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力，提高生產效率。
八十年代初期，對分布式高頻開關電源系統的研究基本集中在變換器并聯技術的研究上。八十年代中后期，隨著高頻功率變換技術的迅述發展，各種變換器拓撲結構相繼出現，結合大規模集成電路和功率元器件技術，使中小功率裝置的集成成為可能，從而迅速地推動了分布式高頻開關電源系統研究的展開。自八十年代后期開始，這一方向已成為國際電力電子學界的研究熱點，論文數量逐年增加，應用領域不斷擴大。
分布供電方式具有節能、可靠、高效、經濟和維護方便等優點。已被大型計算機、通信設備、航空航天、工業控制等系統逐漸采納，也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場合，如電鍍、電解電源、電力機車牽引電源、中頻感應加熱電源、電動機驅動電源等領域也有廣闊的應用前景。
3. 高頻開關電源的發展趨勢
在電力電子技術的應用及各種電源系統中，開關電源技術均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源，傳統的電路非常龐大而笨重，如果采用高頓開關電源技術，其體積和重量都會大幅度下降，而且可極大提高電源利用效率、節省材料、降低成本。在電動汽車和變頻傳動中，更是離不開開關電源技術，通過開關電源改變用電頻率，從而達到近于理想的負載匹配和驅動控制。高頻開關電源技術，更是各種大功率開關電源(逆變焊機、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術。
3.1 高頻化
理論分析和實踐經驗表明，電氣產品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz，提高400倍的話，用電設備的體積重量大體下降至工頻設計的 5~l0%。無論是逆變式整流焊機，還是通訊電源用的開關式整流器，都是基于這一原理。同樣，傳統"整流行業"的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合 閘用等各種直流電源也可以根據這一原理進行改造， 成為"開關變換類電源"，其主要材料可以節約90%或更高，還可節電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高，促使許多原來采用電子管的傳統高頻設備固態化，帶來顯著節能、節水、節約材料的經濟效益，更可體現技術含量的價值。
3.2 模塊化
模塊化有兩方面的含義，其一是指功率器件的模塊化，其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊，含有一單元、兩單元、六單元直至七單元，包括開關器件和與之反并聯的續流二極管，實質上都屬于"標準"功率模塊(SPM)。近年，有些公司把開關器件的驅動保護電路也裝到功率模塊中去，構成了"智能化"功率模塊(IPM)，不但縮小了整機的體積，更方便了整機的設計制造。實際上，由于頻率的不斷提高，致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴重，對器件造成更大的電應力(表現為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統的可靠性，有些制造商開發了"用戶專用"功率模塊(ASPM)，它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中，使元器件之間不再有傳統的引線連接，這樣的模塊經過嚴格、合理的熱、電、 機械方面的設計，達到優化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片，再把整個模塊固定在相應的散熱器上，就構成一臺新型的開關電源裝置。由此可見，模塊化的目的不僅在于使用方便，縮小整機體積，更重要的是取消傳統連線，把寄生參數降到最小，從而把器件承受的電應力降至最低，提高系統的可靠性。這樣，不但提高了功率容量， 在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求， 而且通過增加相對整個系統來說功率很小的冗余電源模塊，極大的提高系統可靠性，即使萬一出現單模塊故障，也不會影響系統的正常工作，而且為修復提供充分的時間。
轉貼于 3.3 數字化
在傳統功率電子技術中，控制部分是按模擬信號來設計和工作的。在六、七十年代，電力電子技術 擬電路基礎上的。但是，現在數字式信號、數字電路顯得越來越重要，數字信號處理技術日趨完善成熟，顯示出越來越多的優點:便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調試和遙感遙測遙調，也便于自診斷、容錯等技術的植入。所以，在八、九十年代，對于各類電路和系統的設計來說，模擬技術還是有用的，特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC) 問題以及功率因數修正(PFC)等問題的解決，離不開模擬技術的知識，但是對于智能化的開關電源，需要用計算機控制時，數字化技術就離不開了。
3.4 綠色化
電源系統的綠色化有兩層含義:首先是顯著節電， 這意味著發電容量的節約，而發電是造成環境污染的重要原因，所以節電就可以減少對環境的污染;其次這些電源不能(或少)對電網產生污染，國際電工委員會(IEC)對此制定了一系列標準，如IEC555、IEC917、IECl000等。事實上，許多功率電子節電設備，往往會變成對電網的污染源:向電網注入嚴重的高次諧波電流，使總功率因數下降，使電網電壓耦合許多毛刺尖峰，甚至出現缺角和畸變。20世紀末，各種有源濾波器和有源補償器的方案誕生，有了多種修正功率因數的方法。
總而言之，電力電子及開關電源技術因應用需求不斷向前發展，新技術的出現又會使許多應用產品更新換代，還會開拓更多更新的應用領域。開關電源高頻化、模塊化、數字化、綠色化等的實現，將標志著這些技術的成熟，實現高效率用電和高品質用電相結合。這幾年，隨著通信行業的發展，以開關電源技術為核心的通信用開關電源，僅國內有20多億人民幣的市場需求，吸引了國內外一大批科技人員對其進行開發研究。開關電源代替線性電源和相控電源是大勢所趨，因此，同樣具有幾十億產值需求的電力操作電源系統的國內市場正在啟動，并將很快發展起來。還有其它許多以開關電源技術為核心的專用電源、工業電源正在等待著人們去開發。
參考文獻：
[1]林渭勛:淺談半導體高頻電力電子技術，電力電子技術選編，浙江大學，384-390，1992。
[2]季幼章:迎接知識經濟時代，發展電源技術應用， 電源技術應用，N0.2，l998。
通信電源設計前景范文5
關鍵詞：開關電源 控制模式 數字化控制 模塊化
中圖分類號：TM910 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）08（b）-0127-01
開關電源作為一種能夠穩定持續輸出電壓的電源，其主要是由控制開關晶體管控制開通和關斷時間的，因此，在開關電源中最重要、最核心的部分就是控制電路，本文進行了開關電源控制模式分析。
1 開關電源概述
開關電源是伴隨著電力電子技術的進步而發展起來的，由于具有高效節能、輕巧便捷等特點，開關電源得到了越來越廣泛的應用。開關電源的效率可達到85%以上，與普通的線性電源相比其效率提高了近一倍，且其可靠性也較高，采用了體積較小的散熱器和濾波元件，具有良好的發展前途?？蓪㈤_關電源分為AC/AC和DC/DC電源等類型，其中DC/DC電源變換器已實現了模塊化的設計和發展，得到了廣大用戶的普遍認可。
2 開關電源發展歷程
開關電源的發展已經經歷了40多年，早期開發的開關頻率非常低，且價格較高，只能應用于衛星等少數要求電源質量較高的領域。但自20世紀60年代晶閘管相位控制模式出現后開關電源經歷了較快的發展，70年代時制約開關電源發展的瓶頸主要是效率問題，同時由于調試工作困難而難以大規模的推廣應用。70年代后期，隨著大規模集成電路技術的出現，各種專用的開關電源芯片進入市場，將控制電路、驅動電路、保護電路和檢測電路封裝在一起的模式非常有利于開關電源的發展，由于焊點減小提高了開關電源的可靠性，同時也由于集成化的發展是開關電源的體積減小，為應用帶來了極大的便利。
如今，集成化的電源已被廣泛應用于計算機、航天、彩色電視等各個領域，且隨著微電子技術、半導體技術的進一步發展，功能更強大，集成度更高的超大規模集成電路的出現，電子設備的體積和重量仍在不斷減小，但與之相匹配的電源體積卻大的多，在現代化的電子產品中，電源的體積要比微處理器大10倍以上，因此，如何縮小電源的體積就是一項非常具有意義的研究課題。相關的理論分析表明，電源體積與其供電頻率的平方根是呈反比例的，當電源頻率從50Hz提高至20kHz后其體積將縮小400倍，但頻率的提高也會對整個電路的元器件帶來新的要求，目前超高頻電源對電子器件的影響正在進一步研究之中。
我國從20世紀60年代開始就研制出了穩壓電源，20世紀70年代后期穩壓電源已在我國的白電視機及中小型計算機中進行了應用，其中主要是5V，20～200A，20kHz的AC/DC開關電源，自80年代開始進入大規模使用階段，此時我國已開發出了0.5～5MHz的諧振軟開關電源。
至80年代中期，我國通信電源在AC/DC及DC/DC開關電源領域中所占的比例還是較低的，從80年代開始，我國的通信電源開始進行大規模的更新換代，從傳統的鐵磁穩壓電源更換為現代的晶閘管穩壓電源，在逐步應用于辦公室自動化設備中。至90年代我國又研制出了一種新型的專用開關電源，專門保障特殊領域的電源之用，如衛星運行過程中的開關電源及遠程導彈系統中的開關電源等。多年來，雖然我國在開關電源的應用方面已經取得了很大的進步，但相比發達國家已較成熟的開關電源技術，我國在集成度和使用方法上仍存在較大不足，還應加強開關電源的研究與應用。
3 開關電源的數字控制技術
近年來，隨著數字信號處理器及編程邏輯器等技術的快速發展，數字控制技術在諸多電力電子領域取得了廣泛的應用，這些控制領域的計算和監控任務是非常復雜的，難以用模擬控制的方法完成較好的控制性能，因此產生了數字控制的要求。
隨著DSP等電子器件的小型化及高速化發展，開關電源的控制也正朝著數字化的方向發展，數字化增強了開關電源控制部分的智能化水平，為實現動態遠距離監測奠定了基礎。在開關電源的市場中，標準電源的份額正在逐步擴大，但同時由于電源的使用是因系統不同而不同的，因此其對某種特制電源的需求是非常強烈的，數字化控制電源匯集了標準電源及特征電源的優點。
然而，當前開關電源的數字化控制還停留自半數字化階段，對于控制器中技術難度最高的功率控制部分是現階段還難以解決數字化控制，這也是當前學術界研究的重點內容之一。數字化控制技術是否能在開關電源中得到推廣性的應用，主要取決于復雜控制的算法能否實現及能否滿足較高的動態性能和指標等，這將是開關電源實現數字化控制所面臨的核心問題。
通過數字化控制能夠提高系統的靈活性，提高通信界面及抗干擾的能力，但在要求較高的開關電源中，控制精度、控制延遲及電流檢測等因素是急需要解決的問題，在保護與監控電路、及系統的通信等方面都已實現了數字化，同時數字化也可以取代模擬電路來完成電源的啟動動能，通過特定的界面實現系統的通訊與顯示功能。隨著越來越多的數字控制技術應用于電源的管理，開關電源的數字化技術必將得到廣泛的應用，數字化控制技術是開關電源控制模式的發展方向，業界十分看好開關電源數字化發展前景。
4 電流型控制模式
開關電源的另類主要控制模式就是電流型開關電源控制，其與數字化控制模式相比具有以下幾個方面的優點。
（1）具有較高的電壓調整率，其調整過程與線性穩壓電源類似，輸入電壓稍微變化即可反映電感電流的變化，不經過任何誤差的放大就可完成脈沖比較進而輸出脈沖寬度，這實際上是起到了前饋的控制作用。
（2）具有較好的回路穩定性能和負載響應性能。由于在電感中其電流脈沖的幅值是與輸出電流的平均值相關的，因此電流型控制模式能較好地發揮電感的作用。
（3）具有逐個檢測脈沖幅值的功能，簡化了過載保護和短路功能，提高了工作的可靠性。且由于電流型控制模式控制內環是采用電感電流峰值檢測技術的，因此可以靈敏地發現變壓器或者開關管中的電流值，避免了過載和短路對變壓器及開關管的影響。
（4）降低高頻功率開關變換電路的功率損耗，提高開關電源的效率。由于功率開關管在開通和關斷時有一定的功率損耗，但對電流控制型來說，因內環電流參加控制，使其較電壓控制型這種單環控制更快速、準確。
（5）具有良好的并聯運行能力。由于電流控制型的內環如同一個良好的受控電流放大器，所以使采用電流控制型的變換器可方便地并聯工作，而不其它均流措施。
5 結語
開關電源的發展趨勢是高頻化和微型化，實現這一目標的主要手段是提高開關電源的控制頻率，數字化控制技術作為解決該項問題的核心技術，具有廣闊的應用前景，同時應結合電流控制模式的優點，實現開關電源的全數字化控制。
參考文獻
通信電源設計前景范文6
關鍵詞：雷擊感應電壓；通信基站；電源設備
引言
各種各樣的通信網絡已完全覆蓋了世界的每一個角落，通信基站的安全運行是各個運營商關注的焦點。但是，由于歷史原因、運營商的運營機制以及技術力量的多方面限制，確保通信基站安全運行所付出的代價是慘重的。我國三大運營商中，每一個運營商在一個?。ㄖ陛犑校﹥鹊幕緮盗看笾略跀登В?000到10000）個左右。這些通信基站大部分分布在偏遠的地帶，基本處于無人值守的狀態。所處的地理環境、氣候環境、人文環境以及電力環境極其復雜甚至是惡劣。所以保證其安全運行是每一個運營商頭疼的問題。據不完全統計，通信基站的安全運行維護費用占據了運營商運營費用的50%以上。近幾年，隨著通信基站數量的不斷增加，其運行維護費用還在節節攀高。通信基站一旦建成，其工作壽命會長達20年甚至更久。因此通信基站的安全運行自其建成之期就一直存在，且隨著工作年限越久，所需要的維護成本就越高。有關通信基站設備安全運行的理論研究可以說充斥通信學術領域，各研究機構分別提出了各種理論完善的解決方案和實現模型。但對于工程實際中的故障原因還沒完全了解，因此諸多理論方案雖然完美，但基本上是束之高閣，沒有被用于工程實際之中。
1 安全防護關鍵問題分析
1.1 雷擊電壓防護分析
根據我國現有通信基站設備防雷規范（GB50343、YD5068-98規范標準），通信基站內所有設備的防雷措施針對的防雷感應電壓區起始間是3000V以上。對于3000V以下至500V的這一雷擊感應電壓區間，通信基站內的所有設備幾乎都沒有任何防護措施。而恰恰就是在這一區間所發生的通信基站設備毀損情況，占了通信基站設備故障量的70%以上。這也就是說，當前通信基站設備的毀損情況大都是在防雷系統安好的條件下發生的現象。
目前通信基站的防雷措施幾乎全部是針對直擊雷設計的。如避雷針，浪涌保護器等。對于二次雷擊基本上沒有有效的防護措施。而實際工程中，本項目發現，造成通信基站設備雷擊災害的主要原因恰恰是二次雷擊的感應效應所引起的超限電壓。
相鄰兩通信基站之間因接地電阻的不同引起的地電位反擊是造成通信基站設備故障的關鍵原因之一。從理論上講，要徹底解決這個問題的辦法是將相鄰通信基站的接地網實行等電位連接。但是，由于歷史的原因，同一處地點、院落，往往是幾家通信運營商的基站和鐵塔共存。這涉及到多個運營商之間的利益協調，因此無法順暢實現這一方案。
1.2 電網異常情況分析
農村電網的復雜多變的惡劣情況是通信基站設備故障發生的關鍵原因之一。農村電網復雜多變主要表現為：電壓異常波動；斷相；動力線中的中性線斷路。原因是：
其一、農村電網普遍存在著線路老化，線損大、電壓不穩定、管理不完善等突出問題。用電高峰期間，供電部門為了彌補線路老化和線損大等問題，往往采用提高供電周率和電壓的方式加大供電能力，這樣就形成了在供電的近段電壓持續維持增高的情況。如遇用電突然下降，供電部門往往來不及調整，便造成供電電壓的猛升，有時甚至高達20%-30%。
其二、用電高峰期，農電供應部門為了保證某一處的電力供應，往往采用斷掉一相、甚至兩相線路的方式。由于通信基站電源設備大多采用三相交流。單個電源模塊的用電基本單相220V交流，電源設備正常工作時，電源模塊的使用排列為由A＼B＼C＼的三相交流線路的平均分擔。例如某一基站的直流供電電流為60A，使用額定30A的電源模塊三個，每個模塊平均分擔的電流約20A左右，余量超過30%，足以應付一般的停電后在開機充電的情況。但是在一相斷路的情況下，三個模塊就剩下兩個，這兩個模塊的供電電流就由原來的20A，變成30A，達到模塊電流的使用極限。實際上由于受使用年限和多次維修的影響，有相當多的電源模塊的技術性能早已大幅下降，不足以維持正常的使用，這時如果發生停電再啟動的情況，兩個模塊所承擔的實際負載電流將會大幅度增大，在這種情況下電源模塊的損壞就再所難免了。如果此刻有兩相線路斷相，三塊模塊的60A電流，將全部由一塊模塊承擔，這種情況下的電源模塊必定要燒壞。
其三、三相動力線中的中性線斷路的情況會更加糟糕，它會使原來加在各模塊間的220V的相電壓，突然大幅度升高（特定情況下最高可升至380V左右）。而中性線斷相的情況在農村電網的發生概率始終居高不下。表1記錄了石家莊某通信基站所用農村電網電壓異常波動和電網斷相情況。
目前通信基站的開關電源系統均有設計有過壓、過流、欠壓保護功能。然而這些保護功能僅僅是在輸入電壓發生情況時，例如發生二次感應雷擊效應、過壓、欠壓、等危害情況，開關電源系統停止對基站二次供電設備48V的直流輸出（此時通信基站主設備的供電自動轉為備用蓄電池供電）。輸入到開關電源系統的危害輸入電壓并沒有得到有效消除，因此仍處基站的開關電源于上電工作狀態，這樣的情況下基站開關電源系統本身被擊毀可能性非常大。
通信基站開關電源系統故障發生示意圖如圖1所示。
1.3 備用電源防護分析
當前絕大多數通信基站的交流供電系統均采用常開型動合式接觸器或空氣開關進行動力電源的斷合控制，當通信電源因異常輸入電壓執行保護后，通信設備的供電轉為蓄電池供電。一旦蓄電池能量耗盡，常開型動合式接觸器或空氣開關斷開。此時，即使是交流供電恢復正常，也無法為后面的通信主設備提供48V直流電源。必須需要人工現場干預。這必然使通信基站停滯正常工作的時間延長，嚴重影響通信服務質量。
當基站遭遇頻繁停電、長時間斷電或其他異常原因所導致的通信基站交流電源系統停止直流48V輸出后，對基站設備的供電實際上已經轉入備用電池組供電。由于基站至今尚不能根據供電狀況的變化，對正在運行的設備進行功耗及負荷調整?；緝韧ㄐ旁O備在正常下的高耗電狀況并未得到相應的改變。由此不僅不能維持較長時間的電池供電，還極易造成蓄電池長時間的過量放電，加速蓄電池的損壞。
綜上所述，文章通過大量的資料檢索和對三大運營商部分通信基站的多年勘測、實驗以及技術改造后總結出以下幾點：
（1）通信基站中的BTS主設備系統、傳輸系統、天饋線系統等設施的軟、硬件故障的發生概率要比基站內的開關電源系統小得多，這主要是由于這些設備所采取的供電來自基站開關電源系統輸出的二次直流48V供電。自身的運行狀態和外界輸入的交流動力電源完全是隔離的。因此雷擊、異常電壓波動、斷相等現象，都不會直接影響到這些設備的正常工作。通信基站設備中，最容易發生安全故障的系統是其開關電源系統。
（2）通信基站設備主要的故障原因之一是由于雷擊強感應電壓引起，特別是二次雷擊感應電壓引起。
（3）原因之二是由于農村電網復雜多變的情況導致，如農村電網電壓隨機異常波動、農村電網斷相。
（4）原因之三是各運營商通信基站之間的相互作用導致。主要是地電位反擊引起的通信基站設備故障。
2 智能防護系統設計
2.1 系統原理
針對上述幾點總結，文章提出的解決方案是：以通信基站交流電源系統安全運行為核心，以輸入電壓異常波動為觸發信號，主動攔截因二次雷擊、地電位反擊以及交流電壓波動或斷相給通信基站主設備可能帶來的損毀。通過動環監控網絡（上行鏈路）與通信設備監控網絡（0時隙）實現遠程管理和自動控制。文章提出的解決方案以及與原通信基站系統、網管中心之間的關系如圖2所示。由圖2可知，文章的解決方案包括兩部分：基站端和監控端。核心部分是基站端。
基站端系統完成對通信基站設備安全運行的防護工作。其中：（1）主控系統完成基站端整體系統的統一控制，接收來自其他子系統傳遞的數據信息，執行動合式斷導器的斷開與閉合。當系統交流輸入電壓因某種原因（二次雷擊感應電壓、地電位反擊、電網異常波動、斷相等）發生異常且超過安全閾值時，主系統將切斷其380V交流輸出，通信設備的供電轉為蓄電池供電。從而實現對通信基站設備的安全防護。（2）欠壓斷相檢測系統實現：交流輸入電壓的欠壓分析；交流輸入電網的斷相分析；交流輸入電網中性線斷開分析。（3）數據智能處理系統的主要功能是：分析決斷哪些系統狀態、參數數據需要傳遞到網管中心；記錄每次異常發生的情況，并對歷史數據進行分析，得出所處通信基站異常情況發生的潛在規律，便于通信基站維護部門能根據規律更好的主動的開展維護工作；根據異常具體情況，彈性式設置對通信基站設備實行保護的持續時間長短。（4）電壓超限檢測系統實現對交流輸入電壓超限異常的檢測分析。觀察電壓超限持續時間和超限幅度，從而判斷引起超限的原因，并將檢測分析結果傳給數據智能處理系統。（5）保護定時系統的功能是一個定時器。本系統對于定時器的定時精度要求很低，精度能在1分鐘左右即可。但對于定時器的可靠性要求很高，因此定時控制電路采用3級鎖扣式結連方式，即使一級定時電路偶然失效，還會有兩級控制最終將電路恢復。（6）網絡接口系統負責本系統基站端和監控端的數據傳輸。
本系統監控端的主要功能如下：（1）接收來自基站端傳輸過來的狀態數據，并存儲。（2）下傳指令修正通信基站設備的耗電負荷參數。（3）對本系統基站端實現開關機。（4）向網管中心上報異常信息。
有關解決方案說明以下幾點：（1）本系統基站端是與通信基站空調系統呈并聯關系。也就是說通信基站空調系統并不在保護范圍之內。主要原因是：a.空調系統若在本系統的保護范圍之內，當處于保護狀態時，空調系統也將停止工作，若保護時間過長，將導致基站機房溫濕度超出規定范圍，可能導致或加速通信設備的損壞；b.通信基站空調系統交流輸入直接取自配電盤，只要架空電力線在進入機房之前的外部防雷設計規范，那么空調系統遭受雷擊感應電壓的襲擊概率是很小的；c.空調系統在啟動時瞬間負載過大，對本系統自身安全不利。（2）本項目解決方案的基站端系統由蓄電池組供電。為了減小對蓄電池的影響，本系統的工作耗能和靜態耗能都要較低方可。（3）基站端的主控系統在保護狀態結束時，會通過閉合動合式斷導器恢復對通信設備的交流供電。如果在保護狀態結束之前，蓄電池能量耗盡，此時本系統基站端失去工作電壓。但由于我們采用常閉式動合斷導器控制方式，當本系統基站端失去工作電壓時，常閉式動合斷導器自動閉合，無須人工干預。（4） 本系統基站端通過動環監控網絡實現與監控端系統連接，通過通信設備監控信道（0時隙）實現對通信設備耗電負荷參數的自動修正。（5）基站端系統由于處于強干擾環境下，因此從設計上必須采用高冗余電路指標設計，所有關鍵技術標準和元器件性能標準，在正常額定標準的基礎上再提高一到兩個數量級，確保穩定性和可靠性。
2.2 硬件系統
主控系統完成基站端整體系統的統一控制，接收來自其他子系統傳遞的數據信息，執行動合式斷導器的斷開與閉合。當系統交流輸入電壓因某種原因（二次雷擊感應電壓、地電位反擊、電網異常波動、斷相等）發生異常且超過安全閾值時，主系統將切斷其380V交流輸出，通信設備的供電轉為蓄電池供電。從而實現對通信基站設備的安全防護。
主控系統的基本功能框圖以及與其他子系統的關系如圖3所示。
數據智能處理系統的主要功能是：分析決斷哪些系統狀態、參數數據需要傳遞到網管中心；記錄每次異常發生的情況，并對歷史數據進行分析，得出所處通信基站異常情況發生的潛在規律，便于通信基站維護部門能根據規律更好的主動的開展維護工作；根據異常具體情況，彈性式設置對通信基站設備實行保護的持續時間長短。其基本功能框圖如圖4所示。
由圖4可以看出，數據智能處理系統以數據庫為核心，由規律學習模塊實現對數據的智能分析，找出本基站故障發生的規律。數據更新模塊實現數據的添加、查尋、刪減等基本操作。狀態設置模塊完成對保護定時的彈性設置。數據選擇模塊完成選擇性上傳數據的功能。
保護定時系統的功能是一個定時器。本系統對于定時器的定時精度要求很低，精度能在1分鐘左右即可。但對于定時器的可靠性要求很高，因此定時控制電路采用三級鎖扣式結連方式，即使一級定時電路偶然失效，還會有兩級控制最終將電路恢復。
2.3 軟件系統
軟件系統分為兩大部分：一是基站端固化在嵌入式設備里的軟件系統；二是運行于網絡監控中心監控終端電腦上的監控軟件。下面分這兩部分分別敘述其大致的構架。
基站端系統有兩種狀態：工作狀態和待機狀態。在待機狀態下，除主控系統的部分電路和網絡接口子系統在工作以外，其余所有電路均沒有工作。動合式斷導器處于常閉狀態，交流電源直接進入到通信基站交流電源系統。在待機狀態下，主控系統還負責接收來自網絡中心的開機命令。一旦接收到網絡或來自開關按鈕的開機命令，系統則從待機狀態轉入工作狀態。工作狀態下所有子系統均在工作。此時各個子系統的工作流程如圖6所示。數據智能處理子系統負責對各種狀態信息、異常信息進行分析、存儲和判斷。其工作的主要流程如下（圖6）。
本系統監控端是運行于網絡中心監控終端電腦上的網絡然間，該軟件與原有的動力環境監控軟件配合使用。主要完成以下幾個功能：接收來自基站端的異常信息和狀態信息；重要異常產生報警和進一步上報；數據存儲和界面顯示；通過動環監控網絡給本系統基站端發送開關機指令；通過通信設備監控信道（0時隙）給通信設備發送負荷修正指令。
3 結束語
文章設計了一種通信基站電源設備的智能防護系統，文中對基站電源設備產生故障的原因進行了分析，并提出了系統解決方案。該系統在通信基站和電力系統的電源防護系統中具有廣泛的應用前景。
參考文獻
[1]張亞麗，徐忠宇.移動通信基站電源故障分析[J].信息化縱橫，2009，3（60）：28-32.
