淺淡通信電源技術
2006/10/9 8:45:11
深圳市正能實業(yè)有限公司 供稿
近十年來，隨著電信事業(yè)突飛猛進的發(fā)展，通信電源作為電信網(wǎng)的基礎，也取得了長足的進步。高頻開關電源涉及電子、微電子、傳感器、計算機、網(wǎng)絡等多種技術，在電信行業(yè)的應用越來越廣泛。本文從多個側面淺析我國通信用[color=#FF0000][B]高頻開關電源[/B][/color]的發(fā)展，并對幾個重要的技術指標做一探討，試述其標準要求和測試方法等。
一、通信用[color=#FF0000][B]高頻開關電源[/B][/color]的發(fā)展
�。�、技術發(fā)展
九十年代初，相控電源占主導地位，可能很多人還對那笨重的機架、碩大的工頻變壓器記憶猶新。高頻開關電源的應用為電信建設帶來了嶄新的氣象，先進的技術是高頻開關電源得以迅速推廣的重要因素。
高頻開關電源最早采用的是脈寬調(diào)制（ＰＷＭ）技術，它的特點是用２０ｋＨｚ的脈沖控制開關變換器，效率可達７０％，體積小，重量輕，相對于線性電源，是技術上的一大突破。之后，新型高頻功率半導體器件，功率ＭＯＳＦＥＴ和ＩＧＢＴ的開發(fā)使開關電源向高頻化發(fā)展，開關頻率可達３００－４００ｋＨｚ，從而獲得更高的功率密度。但是在硬開關模式下，開關過程中電壓上升／下降和電流上升／下降波形交疊產(chǎn)生損耗，且隨著開關頻率的增高而加大，于是軟開關技術、準諧振技術的研究形成熱點，重心就是減少這種波形的重疊，實現(xiàn)零電壓／零電流開關。我國已將其應用于６ｋｗ通信用高頻開關電源中，效率達９３％。
有源功率因數(shù)校正技術（ＡＰＦＣ）的開發(fā)，提高了ＡＣ－ＤＣ開關電源功率因數(shù)，既治理了電網(wǎng)的諧波"污染"，又提高了開關電源的整體效率。控制技術的進展，如電流型反饋控制方法，使開關電源動態(tài)性能有了很大提高。新型磁材料和新型變壓器的開發(fā)，新型電容器和ＥＭＩ濾波器技術的進步，專用集成控制芯片的研制成功，使開關電源小型化，并提高了ＥＭＣ性能。微處理器監(jiān)控的應用，提高了電源的可靠性，也適應了市場對其智能化的要求。
總之，回顧開關電源技術發(fā)展史，我們可以看到，高效率、小型化、集成化、智能化、高可靠性是大勢所趨，也是今后的發(fā)展方向。
�。�、生產(chǎn)發(fā)展
在通信電源領域，民族產(chǎn)業(yè)一直占有舉足輕重的地位。在開關電源應用的起步階段，很多生產(chǎn)廠家采取的都是小作坊式的生產(chǎn)模式，經(jīng)過十余年的不懈努力，逐步向大規(guī)模生產(chǎn)轉化，產(chǎn)品也從單一品種走向系列化�，F(xiàn)在，中國已形成一批上億元、甚至１０億元以上產(chǎn)值的電源企業(yè)，有些產(chǎn)品已進入國際市場。１９９１年國內(nèi)通信電源投資額為人民幣０．８億元，到１９９５年增加到１０億元，到１９９元、甚至１０億元以上產(chǎn)值的電源企業(yè)，有些產(chǎn)品已進入國際市場。１９９１年國內(nèi)通信電源投資額為人民幣０．８億元，到１９９５年增加到１０億元，到１９９８年增加到３０億元，１９９９年全國通信電源市場容量為３５億元以上。從１９９１年到１９９９年增長４３倍，發(fā)展速度驚人。中國電源市場競爭和發(fā)展的結果必然促進產(chǎn)業(yè)內(nèi)部的分化和組合，優(yōu)勝劣汰，形成一批強大的企業(yè)主導市場。加入ＷＴＯ后，國內(nèi)市場國際化，今后市場的競爭將是質(zhì)量的競爭、技術的競爭、人才的競爭、服務的競爭。企業(yè)要堅持高起點、高標準，千萬不能急功近利。
�。场⑹袌霭l(fā)展
市場需求是電源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的強大推動力。九十年代初，通信領域開始引入高頻開關電源時，只是４８Ｖ／１０Ａ、４８Ｖ／２０Ａ模塊組成的小系統(tǒng)，１９９５、１９９６年進入了一個大發(fā)展時期，裝機容量５年就擴大了三、四倍，出現(xiàn)了５０、１００、２００Ａ模塊組成的幾千安培的大系統(tǒng)。１９９９年固定網(wǎng)相控電源的改造約６－８億元，新建交換、傳輸?shù)染W(wǎng)絡的配套電源約５－７億元，這說明程控交換機配套電源市場已經(jīng)趨于平穩(wěn)。移動通信緊接著成為發(fā)展熱點，１９９９年比１９９８年新增移動用戶約２４００萬，新建移動基站約２．４萬個，配套電源約２０億元，２０００年的發(fā)展步伐更快。近兩年，接入網(wǎng)的建設吸引了大量投資，截止到２０００年６月３０日，中國上網(wǎng)用戶已達１６９０萬，上網(wǎng)計算機數(shù)為６５０萬臺，而現(xiàn)在的接入網(wǎng)設施遠未滿足需求，接入網(wǎng)電源市場的發(fā)展?jié)摿涂臻g巨大，絲毫不亞于移動通信電源的市場。
�。�、標準制訂
九十年代初，高頻開關電源的應用剛剛在電信行業(yè)起步，適時頒布的《通信用高頻開關整流器》和《通信局（站）電源系統(tǒng)總技術要求》等標準對指導生產(chǎn)、服務用戶起到了重要作用，為高頻開關電源在電信行業(yè)的迅速推廣也起到了積極作用。隨著市場的擴大，用戶對電源智能化程度的要求越來越高，有關通信電源集中監(jiān)控的標準相繼被推出。隨著技術不斷進步，經(jīng)驗逐漸積累，我們深感行業(yè)標準急需修訂，技術指標需要改進，測試方法需要完善，內(nèi)容需要增加，例如動態(tài)響應、電磁兼容等，為把好產(chǎn)品質(zhì)量關提供更可靠的依據(jù)。
二、對技術指標的探討
�。�、雜音
�。伲模裕罚常保梗础锻ㄐ庞酶哳l開關整流器》中對雜音的要求比較全面，包括峰峰值、寬頻、電話衡重和離散雜音，但由于與雜音這一術語相近的名詞較多，如果不了解它們的對應關系，就會產(chǎn)生疑問。峰峰值雜音是用足夠帶寬的示波器測量的，是波形最大與最小值之差。寬頻雜音是利用帶通濾波器截取一定帶寬內(nèi)的雜音而測得的真有效值。電話衡重雜音是通過電話衡重網(wǎng)絡后的寬頻雜音，主要衡量對通話話音質(zhì)量的影響。離散雜音是用選頻電平表或頻譜分析儀測得的單一頻率上的幅值，較大值多出現(xiàn)于開關頻率的倍頻點上。ＩＥＣ標準中提出"周期和隨機漂移"（ＰＡＲＤ）一詞，定義周期部分為紋波，隨機部分為噪聲，紋波與開關頻率的諧低低頻段的雜音卻是通過調(diào)整回路而不是濾波回路來解決的，電壓調(diào)整速度快，動態(tài)響應好，低頻段雜音就小。
�。�、功率因數(shù)和諧波電流
為了減小市電干擾對電源測試的影響，一般測試時被測電源都接在凈化電源上，而我們發(fā)現(xiàn)有的電源接在凈化電源上工作時，電壓失真度、諧波電流比較大，功率因數(shù)小，換到市電時，功率因數(shù)卻提高了。在實際應用中，高頻開關電源有接到柴油發(fā)電機組的情況，并不總是接市電，所以有必要分析這種現(xiàn)象的成因，利于生產(chǎn)廠家改進。從表面上看，被測電源接在市電上工作正常，接在凈化電源上不行，那么，一定是凈化電源出了問題，其實不然，根源還是在被測電源上，關鍵就是被測電源工作時產(chǎn)生的諧波電流太大。市電電源內(nèi)阻很小，吸收諧波電流的能力很強，所以沒有造成很大的電壓失真，功率因數(shù)也比較高，而凈化電源的內(nèi)阻以及柴油發(fā)電機組的內(nèi)阻不能忽略不計，它們吸收諧波電流的能力有限，就會造成大的電壓失真，功率因數(shù)就小，但如果被測電源的功率因數(shù)校正部分做得很好，功率因數(shù)很高，工作時產(chǎn)生的諧波電流就不會超出凈化電源的吸收能力。實際當中，通過提高柴油發(fā)電機組的容量以提高吸收諧波電流的能力就意味著加大成本，所以根本的解決辦法還是改進開關電源的功率校正電路，降低諧波電流，減小對電網(wǎng)的污染和能量損耗。
�。�、動態(tài)響應
動態(tài)響應是評定開關電源穩(wěn)定性的重要指標，超調(diào)量和恢復時間受到電流階躍量、電流變化率和允差帶的影響，而行業(yè)標準中僅對電流階躍量做了限定，使得實際應用中可操作性不強。開關電源的輸出回路中或測試連接回路中必然存在一定電感，而電流變化率和電感的乘積將產(chǎn)生一定的感應電勢。因此，電流階躍并不是理想的，總存在一定的斜率，如果不規(guī)定電流變化率，測量結果就缺乏可比性。在美國工業(yè)標準中一般取電流變化率為２Ａ／μｓ或５Ａ／μｓ。另外，還應統(tǒng)一測試方法，若用空氣開關手動控制負載的突加突減，空氣開關的抖動時間就已經(jīng)超過了恢復時間的要求，致使測量結果不準確，所以應采用可控制電流變化率的電子開關來通斷負載。
深圳市正能實業(yè)有限公司（直流屏、壁掛電源） 鐘能榮----摘自“中宇豪”。
一、通信用[color=#FF0000][B]高頻開關電源[/B][/color]的發(fā)展
�。�、技術發(fā)展
九十年代初，相控電源占主導地位，可能很多人還對那笨重的機架、碩大的工頻變壓器記憶猶新。高頻開關電源的應用為電信建設帶來了嶄新的氣象，先進的技術是高頻開關電源得以迅速推廣的重要因素。
高頻開關電源最早采用的是脈寬調(diào)制（ＰＷＭ）技術，它的特點是用２０ｋＨｚ的脈沖控制開關變換器，效率可達７０％，體積小，重量輕，相對于線性電源，是技術上的一大突破。之后，新型高頻功率半導體器件，功率ＭＯＳＦＥＴ和ＩＧＢＴ的開發(fā)使開關電源向高頻化發(fā)展，開關頻率可達３００－４００ｋＨｚ，從而獲得更高的功率密度。但是在硬開關模式下，開關過程中電壓上升／下降和電流上升／下降波形交疊產(chǎn)生損耗，且隨著開關頻率的增高而加大，于是軟開關技術、準諧振技術的研究形成熱點，重心就是減少這種波形的重疊，實現(xiàn)零電壓／零電流開關。我國已將其應用于６ｋｗ通信用高頻開關電源中，效率達９３％。
有源功率因數(shù)校正技術（ＡＰＦＣ）的開發(fā)，提高了ＡＣ－ＤＣ開關電源功率因數(shù)，既治理了電網(wǎng)的諧波"污染"，又提高了開關電源的整體效率。控制技術的進展，如電流型反饋控制方法，使開關電源動態(tài)性能有了很大提高。新型磁材料和新型變壓器的開發(fā)，新型電容器和ＥＭＩ濾波器技術的進步，專用集成控制芯片的研制成功，使開關電源小型化，并提高了ＥＭＣ性能。微處理器監(jiān)控的應用，提高了電源的可靠性，也適應了市場對其智能化的要求。
總之，回顧開關電源技術發(fā)展史，我們可以看到，高效率、小型化、集成化、智能化、高可靠性是大勢所趨，也是今后的發(fā)展方向。
�。�、生產(chǎn)發(fā)展
在通信電源領域，民族產(chǎn)業(yè)一直占有舉足輕重的地位。在開關電源應用的起步階段，很多生產(chǎn)廠家采取的都是小作坊式的生產(chǎn)模式，經(jīng)過十余年的不懈努力，逐步向大規(guī)模生產(chǎn)轉化，產(chǎn)品也從單一品種走向系列化�，F(xiàn)在，中國已形成一批上億元、甚至１０億元以上產(chǎn)值的電源企業(yè)，有些產(chǎn)品已進入國際市場。１９９１年國內(nèi)通信電源投資額為人民幣０．８億元，到１９９５年增加到１０億元，到１９９元、甚至１０億元以上產(chǎn)值的電源企業(yè)，有些產(chǎn)品已進入國際市場。１９９１年國內(nèi)通信電源投資額為人民幣０．８億元，到１９９５年增加到１０億元，到１９９８年增加到３０億元，１９９９年全國通信電源市場容量為３５億元以上。從１９９１年到１９９９年增長４３倍，發(fā)展速度驚人。中國電源市場競爭和發(fā)展的結果必然促進產(chǎn)業(yè)內(nèi)部的分化和組合，優(yōu)勝劣汰，形成一批強大的企業(yè)主導市場。加入ＷＴＯ后，國內(nèi)市場國際化，今后市場的競爭將是質(zhì)量的競爭、技術的競爭、人才的競爭、服務的競爭。企業(yè)要堅持高起點、高標準，千萬不能急功近利。
�。场⑹袌霭l(fā)展
市場需求是電源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的強大推動力。九十年代初，通信領域開始引入高頻開關電源時，只是４８Ｖ／１０Ａ、４８Ｖ／２０Ａ模塊組成的小系統(tǒng)，１９９５、１９９６年進入了一個大發(fā)展時期，裝機容量５年就擴大了三、四倍，出現(xiàn)了５０、１００、２００Ａ模塊組成的幾千安培的大系統(tǒng)。１９９９年固定網(wǎng)相控電源的改造約６－８億元，新建交換、傳輸?shù)染W(wǎng)絡的配套電源約５－７億元，這說明程控交換機配套電源市場已經(jīng)趨于平穩(wěn)。移動通信緊接著成為發(fā)展熱點，１９９９年比１９９８年新增移動用戶約２４００萬，新建移動基站約２．４萬個，配套電源約２０億元，２０００年的發(fā)展步伐更快。近兩年，接入網(wǎng)的建設吸引了大量投資，截止到２０００年６月３０日，中國上網(wǎng)用戶已達１６９０萬，上網(wǎng)計算機數(shù)為６５０萬臺，而現(xiàn)在的接入網(wǎng)設施遠未滿足需求，接入網(wǎng)電源市場的發(fā)展?jié)摿涂臻g巨大，絲毫不亞于移動通信電源的市場。
�。�、標準制訂
九十年代初，高頻開關電源的應用剛剛在電信行業(yè)起步，適時頒布的《通信用高頻開關整流器》和《通信局（站）電源系統(tǒng)總技術要求》等標準對指導生產(chǎn)、服務用戶起到了重要作用，為高頻開關電源在電信行業(yè)的迅速推廣也起到了積極作用。隨著市場的擴大，用戶對電源智能化程度的要求越來越高，有關通信電源集中監(jiān)控的標準相繼被推出。隨著技術不斷進步，經(jīng)驗逐漸積累，我們深感行業(yè)標準急需修訂，技術指標需要改進，測試方法需要完善，內(nèi)容需要增加，例如動態(tài)響應、電磁兼容等，為把好產(chǎn)品質(zhì)量關提供更可靠的依據(jù)。
二、對技術指標的探討
�。�、雜音
�。伲模裕罚常保梗础锻ㄐ庞酶哳l開關整流器》中對雜音的要求比較全面，包括峰峰值、寬頻、電話衡重和離散雜音，但由于與雜音這一術語相近的名詞較多，如果不了解它們的對應關系，就會產(chǎn)生疑問。峰峰值雜音是用足夠帶寬的示波器測量的，是波形最大與最小值之差。寬頻雜音是利用帶通濾波器截取一定帶寬內(nèi)的雜音而測得的真有效值。電話衡重雜音是通過電話衡重網(wǎng)絡后的寬頻雜音，主要衡量對通話話音質(zhì)量的影響。離散雜音是用選頻電平表或頻譜分析儀測得的單一頻率上的幅值，較大值多出現(xiàn)于開關頻率的倍頻點上。ＩＥＣ標準中提出"周期和隨機漂移"（ＰＡＲＤ）一詞，定義周期部分為紋波，隨機部分為噪聲，紋波與開關頻率的諧低低頻段的雜音卻是通過調(diào)整回路而不是濾波回路來解決的，電壓調(diào)整速度快，動態(tài)響應好，低頻段雜音就小。
�。�、功率因數(shù)和諧波電流
為了減小市電干擾對電源測試的影響，一般測試時被測電源都接在凈化電源上，而我們發(fā)現(xiàn)有的電源接在凈化電源上工作時，電壓失真度、諧波電流比較大，功率因數(shù)小，換到市電時，功率因數(shù)卻提高了。在實際應用中，高頻開關電源有接到柴油發(fā)電機組的情況，并不總是接市電，所以有必要分析這種現(xiàn)象的成因，利于生產(chǎn)廠家改進。從表面上看，被測電源接在市電上工作正常，接在凈化電源上不行，那么，一定是凈化電源出了問題，其實不然，根源還是在被測電源上，關鍵就是被測電源工作時產(chǎn)生的諧波電流太大。市電電源內(nèi)阻很小，吸收諧波電流的能力很強，所以沒有造成很大的電壓失真，功率因數(shù)也比較高，而凈化電源的內(nèi)阻以及柴油發(fā)電機組的內(nèi)阻不能忽略不計，它們吸收諧波電流的能力有限，就會造成大的電壓失真，功率因數(shù)就小，但如果被測電源的功率因數(shù)校正部分做得很好，功率因數(shù)很高，工作時產(chǎn)生的諧波電流就不會超出凈化電源的吸收能力。實際當中，通過提高柴油發(fā)電機組的容量以提高吸收諧波電流的能力就意味著加大成本，所以根本的解決辦法還是改進開關電源的功率校正電路，降低諧波電流，減小對電網(wǎng)的污染和能量損耗。
�。�、動態(tài)響應
動態(tài)響應是評定開關電源穩(wěn)定性的重要指標，超調(diào)量和恢復時間受到電流階躍量、電流變化率和允差帶的影響，而行業(yè)標準中僅對電流階躍量做了限定，使得實際應用中可操作性不強。開關電源的輸出回路中或測試連接回路中必然存在一定電感，而電流變化率和電感的乘積將產(chǎn)生一定的感應電勢。因此，電流階躍并不是理想的，總存在一定的斜率，如果不規(guī)定電流變化率，測量結果就缺乏可比性。在美國工業(yè)標準中一般取電流變化率為２Ａ／μｓ或５Ａ／μｓ。另外，還應統(tǒng)一測試方法，若用空氣開關手動控制負載的突加突減，空氣開關的抖動時間就已經(jīng)超過了恢復時間的要求，致使測量結果不準確，所以應采用可控制電流變化率的電子開關來通斷負載。
深圳市正能實業(yè)有限公司（直流屏、壁掛電源） 鐘能榮----摘自“中宇豪”。
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文章標簽： 通信電源/電力電源/高頻開關電源/壁掛
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