淺淡通信電源技術
2006/10/9 8:45:11
深圳市正能實業有限公司 供稿
近十年來，隨著電信事業突飛猛進的發展，通信電源作為電信網的基礎，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、網絡等多種技術，在電信行業的應用越來越廣泛。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]的發展
�。�、技術發展
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的開發使開關電源向高頻化發展，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％。
有源功率因數校正技術（ＡＰＦＣ）的開發，提高了ＡＣ－ＤＣ開關電源功率因數，既治理了電網的諧波"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，使開關電源動態性能有了很大提高。新型磁材料和新型變壓器的開發，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，也是今后的發展方向。
２、生產發展
在通信電源領域，民族產業一直占有舉足輕重的地位。在開關電源應用的起步階段，很多生產廠家采取的都是小作坊式的生產模式，經過十余年的不懈努力，逐步向大規模生產轉化，產品也從單一品種走向系列化。現在，中國已形成一批上億元、甚至１０億元以上產值的電源企業，有些產品已進入國際市場。１９９１年國內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１０億元以上產值的電源企業，有些產品已進入國際市場。１９９１年國內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，發展速度驚人。中國電源市場競爭和發展的結果必然促進產業內部的分化和組合，優勝劣汰，形成一批強大的企業主導市場。加入ＷＴＯ后，國內市場國際化，今后市場的競爭將是質量的競爭、技術的競爭、人才的競爭、服務的競爭。企業要堅持高起點、高標準，千萬不能急功近利。
�。�、市場發展
市場需求是電源產業發展的強大推動力。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，１９９５、１９９６年進入了一個大發展時期，裝機容量５年就擴大了三、四倍，出現了５０、１００、２００Ａ模塊組成的幾千安培的大系統。１９９９年固定網相控電源的改造約６－８億元，新建交換、傳輸等網絡的配套電源約５－７億元，這說明程控交換機配套電源市場已經趨于平穩。移動通信緊接著成為發展熱點，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年的發展步伐更快。近兩年，接入網的建設吸引了大量投資，截止到２０００年６月３０日，中國上網用戶已達１６９０萬，上網計算機數為６５０萬臺，而現在的接入網設施遠未滿足需求，接入網電源市場的發展潛力和空間巨大，絲毫不亞于移動通信電源的市場。
４、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）電源系統總技術要求》等標準對指導生產、服務用戶起到了重要作用，為高頻開關電源在電信行業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控的標準相繼被推出。隨著技術不斷進步，經驗逐漸積累，我們深感行業標準急需修訂，技術指標需要改進，測試方法需要完善，內容需要增加，例如動態響應、電磁兼容等，為把好產品質量關提供更可靠的依據。
二、對技術指標的探討
�。薄㈦s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絡后的寬頻雜音，主要衡量對通話話音質量的影響。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整回路而不是濾波回路來解決的，電壓調整速度快，動態響應好，低頻段雜音就小。
２、功率因數和諧波電流
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，而我們發現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，功率因數小，換到市電時，功率因數卻提高了。在實際應用中，高頻開關電源有接到柴油發電機組的情況，并不總是接市電，所以有必要分析這種現象的成因，利于生產廠家改進。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生的諧波電流太大。市電電源內阻很小，吸收諧波電流的能力很強，所以沒有造成很大的電壓失真，功率因數也比較高，而凈化電源的內阻以及柴油發電機組的內阻不能忽略不計，它們吸收諧波電流的能力有限，就會造成大的電壓失真，功率因數就小，但如果被測電源的功率因數校正部分做得很好，功率因數很高，工作時產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，減小對電網的污染和能量損耗。
３、動態響應
動態響應是評定開關電源穩定性的重要指標，超調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，如果不規定電流變化率，測量結果就缺乏可比性。在美國工業標準中一般取電流變化率為２Ａ／μｓ或５Ａ／μｓ。另外，還應統一測試方法，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]的發展
�。�、技術發展
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的開發使開關電源向高頻化發展，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％。
有源功率因數校正技術（ＡＰＦＣ）的開發，提高了ＡＣ－ＤＣ開關電源功率因數，既治理了電網的諧波"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，使開關電源動態性能有了很大提高。新型磁材料和新型變壓器的開發，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，也是今后的發展方向。
２、生產發展
在通信電源領域，民族產業一直占有舉足輕重的地位。在開關電源應用的起步階段，很多生產廠家采取的都是小作坊式的生產模式，經過十余年的不懈努力，逐步向大規模生產轉化，產品也從單一品種走向系列化。現在，中國已形成一批上億元、甚至１０億元以上產值的電源企業，有些產品已進入國際市場。１９９１年國內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１０億元以上產值的電源企業，有些產品已進入國際市場。１９９１年國內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，發展速度驚人。中國電源市場競爭和發展的結果必然促進產業內部的分化和組合，優勝劣汰，形成一批強大的企業主導市場。加入ＷＴＯ后，國內市場國際化，今后市場的競爭將是質量的競爭、技術的競爭、人才的競爭、服務的競爭。企業要堅持高起點、高標準，千萬不能急功近利。
�。�、市場發展
市場需求是電源產業發展的強大推動力。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，１９９５、１９９６年進入了一個大發展時期，裝機容量５年就擴大了三、四倍，出現了５０、１００、２００Ａ模塊組成的幾千安培的大系統。１９９９年固定網相控電源的改造約６－８億元，新建交換、傳輸等網絡的配套電源約５－７億元，這說明程控交換機配套電源市場已經趨于平穩。移動通信緊接著成為發展熱點，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年的發展步伐更快。近兩年，接入網的建設吸引了大量投資，截止到２０００年６月３０日，中國上網用戶已達１６９０萬，上網計算機數為６５０萬臺，而現在的接入網設施遠未滿足需求，接入網電源市場的發展潛力和空間巨大，絲毫不亞于移動通信電源的市場。
４、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）電源系統總技術要求》等標準對指導生產、服務用戶起到了重要作用，為高頻開關電源在電信行業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控的標準相繼被推出。隨著技術不斷進步，經驗逐漸積累，我們深感行業標準急需修訂，技術指標需要改進，測試方法需要完善，內容需要增加，例如動態響應、電磁兼容等，為把好產品質量關提供更可靠的依據。
二、對技術指標的探討
�。薄㈦s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絡后的寬頻雜音，主要衡量對通話話音質量的影響。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整回路而不是濾波回路來解決的，電壓調整速度快，動態響應好，低頻段雜音就小。
２、功率因數和諧波電流
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，而我們發現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，功率因數小，換到市電時，功率因數卻提高了。在實際應用中，高頻開關電源有接到柴油發電機組的情況，并不總是接市電，所以有必要分析這種現象的成因，利于生產廠家改進。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生的諧波電流太大。市電電源內阻很小，吸收諧波電流的能力很強，所以沒有造成很大的電壓失真，功率因數也比較高，而凈化電源的內阻以及柴油發電機組的內阻不能忽略不計，它們吸收諧波電流的能力有限，就會造成大的電壓失真，功率因數就小，但如果被測電源的功率因數校正部分做得很好，功率因數很高，工作時產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，減小對電網的污染和能量損耗。
３、動態響應
動態響應是評定開關電源穩定性的重要指標，超調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，如果不規定電流變化率，測量結果就缺乏可比性。在美國工業標準中一般取電流變化率為２Ａ／μｓ或５Ａ／μｓ。另外，還應統一測試方法，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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