高效智能通信电源技术发展大趋势

高效、智能:通信电源技术发展大趋势摘要：建设集约型社会是我国可持续发展的必由之路,同时随着我国经济的快速发展,能源问题日益突出。在这种大背景下,不断提升企业能源的利用效率,提高企业的能源应用技术水平,是一件功在当代,利在千秋的系统工程。为了帮助电力企业进一步了解通信电源未来的发展趋势,使电信企业高效、科学、合理地利用电力能源提供一些前瞻性的意见以供参考。关键词：通信电源; 高效; 智能; 趋势引言：电力专网通信电源在整个通信基础设施中所占比例虽然不大,但它是整个电力通信网络的关键性基础设施,是通信网络系统十分重要、不可替代的独立专业。随着通信技术的飞速发展,电信网络结构日益复杂,对电源技术提出了更高的要求,比如性能更加卓越、可管理性更高;同时,电源设备在节能减排工作中的重要性也日益凸显。以上诸多因素推动着通信电源设备将向着不断提高效率、提高功率密度以及智能化的方向发展。1. 电源技术发展趋势1.1高效率节能1.1.1高频变化仍是电源技术发展的主流所谓高频变化，是指靠谐振变换、移相谐振、零开关PWM、零过渡PWM等电路拓扑理论和功率因数校正、有源箝位、并联均流、同步整流、高频磁放 大器、高速编程、遥感遥控、微机监控等新的理论和技术来指导的现代电源技术。高频化带来的最直接好处是降低原材料消耗，使得电源装置小型化，并加快系统的 动态反应，推动电源进入更广阔的应用领域，特别是高新技术领域。在高频变化的相关技术中，软开关技术、准谐振技术的研究趋于成熟稳定，具有代表性的是上述提到的谐振变换、移相谐振、零开关PWM、零过渡 PWM等理论，这些新技术减少了过去硬开关模式下电源设备开通时开关器件在开关过程中电压上升/下降和电流上升/下降波形交叠产生的损耗和噪声，实现了零 电压/零电流开关，降低损耗的同时提高了电源系统的稳定性和效率，同时，有源功率因数校正技术(APFC)的开发与应用，提高了AC-DC开关电源功率因 数，既治理了电网的谐波“污染”，又提高了开关电源的整体效率。1.1.2功率集成技术简化电源结构功率集成技术简化了电源结构，使其向模块化、集成化方向发展，以高度集成的硅晶片为例，其内部元件数目就减少了2/3以上，结构也更加紧密，相比于分立元件的布局减小了杂散电感、分布电容及连线电阻，降低损耗的同时提高了效率。1.2网络化管理随着互联网技术应用日益普及和信息处理技术的不断发展，通信系统从以前的单机或小局域系统逐渐发展至大局域网系统或广域网系统，这就要求保护通 信互联网终端的电源设备必须具备数据处理和网络通信能力，而要通过RS-232接口实现网络化通信就要求电源设备必须具备以下功能：1.具有智能型人机界面，使网络技术人员可以随时监视电源设备运行状态和各项技术参数；2.具有各种保护、告警和数据信息存储、处理、打印等功能；3.具有远程开关机功能，使网络技术人员可定时开关交流或备用电源。1.3全数字化控制通信设施所处环境越来越复杂，人烟稀少、交通不便都增大了维护的难度。此时，数字化技术就表现出了传统模拟技术无法实现的优势，如对AC/DC 整流稳压、DC/AC逆变、SPWM、同步锁相、蓄电池的管理等。随着微处理器和监控软件的引入，采用全数字化控制技术的电源的自我监控能力普遍增强，可 以实时监视设备本身的各种运行参数和状态，并具备了预警功能和故障诊断功能，有效地实现了通信动力设备无人值守与远程监控，大大提高了设备的可靠性和对用 户的适应性。1.4低电流谐波处理技术随着网络时代人们环保意识和安全意识的增强以及电力电子技术、功率器件的发展，低谐波输入技术正在逐渐成熟并被推广使用，通信电源中采用有源谐 波处理技术已势在必行。低谐波输入不但可以改善电源对电网的负载特性，减少对其他网络设备的谐波干扰，同时也大大提高了电源的源效应。可以预见，网络时代 通信电源必将逐渐发展成为低谐波输入的新一代绿色电源。1.5电池及电池组的小型化、环保化和智能化目前，电池在我们的日常生活、工作以及生产科研领域起到了越来越重要的作用。蓄电池在通信领域里作为后备电源，是确保通信设备正常运行的最后一 道防线，其质量的优劣对保证后备直流电源正常运行尤为重要。随着微电子领域关键技术的突破，数字化硬件平台得到迅速发展，电池及电池组趋向于小型化、环保 化和智能化，我国对于高能高效电池(包括锂离子蓄电池)、燃料电池(绿色能源)，新型材料，自动化、智能化技术以及技术标准也都加大了研究力度。2.高效率保证通信电源综合性能效率是通信电源的重要指标。效率高、发热少、散热快的通信电源才可以实现高功率密度,也才能提高通信电源可靠性和可用性。提高通信电源的效率通常手段有高频变化、提升整流模块效率以及节能方案等几种途径。提高通信电源效率的一个重要技术手段就是高频变化。高频变化带来的最直接好处是降低通信电源的原材料消耗,使通信电源装置小型化,从而提高功率密度。理论分析和实践经验表明,电器产品的体积重量与其供电频率的平方根成反比,所以当频率从工频50Hz提高到20 kHz时,用电设备的体积重量大体上降至工频设计的(510) %。这正是开关电源实现变频带来明显效益的基本原因。高频化又是提高电源动态品质的重要保证,能够使通信电源拥有更为强大、更为灵活、更为高效的供电能力。提高通信电源效率的第二条重要途径是采用低电流谐波处理技术。通过采用这一技术,改善电源对电网的负载特性,减少对其他网络设备的谐波干扰,同时也大大提高了电源的节能效应。在通信电源开发、生产早期,人们主要集中研究电源的输出特性,较少考虑到电源的输入特性。例如:传统的在线式电源输入AC/ DC部分通常采用桥式整流滤波电路,其输入电流呈脉冲状,波峰因数大于纯电阻负载的40 %。这些谐波电流大的通信电源给电网带来了严重的污染,使电网波形失真,造成实际负荷能力的降低,对于三相四线制的电网来说,还很有可能因中线电流过大而出现不安全隐患。可以预见,网络时代通信电源必将逐渐发展成为低谐波输入的新一代绿色电源。提高通信电源效率的第三条途径是提升整流模块的效率。整流模块是通信电源的核心部件。提升整流模块效率的方法包括: (1)采用更为高效的主电路拓扑,如LLC串联谐振技术;(2)对于各部分功率电路进行能效设计优化,如优化风道设计,缩短爬电距离等;(3)改变整流方式,如采用同步整流技术、无桥PFC技术等;(4)采用新型低耗损器件替代原有的高耗能器件,如采用SiC、Cool Mos等器件。这一系列的新技术应用,可将目前业界在网应用的通信电源从最高90 %左右的模块效率,提高到96 %左右,从而大幅度降低网络能源设备的能耗。提高通信电源效率的另外一条途径是采用通信电源节能方案。业界通常采用的通信电源节能方案包括:(1)降低配电部分器件的压降,如母排压降,接触器压降等;(2)优化系统空载能耗,使闲置部分处于关闭或热待机状态;(3)有效调整系统工作点,使系统处于最佳效率工作点。比如艾默生网络能源公司的通信电源休眠节能技术,就是使电源系统根据系统的负载情况和系统当前模块的工作情况,通过合理的逻辑判断和控制,在保证系统冗余安全的条件下,有选择的打开或休眠部分模块,使系统工作在最佳效率点,节能效率显著。通过采用以上节能方案优化通信电源系统设计,可将目前业界在网应用的通信电源的实际工作效率低载时提高78个百分点,高载时提高34个百分点,从而使基站内通信电源达到直接节能与间接节能的目的。3. 科学智能让通信电源更集约科学智能化技术推动通信电源的集约化发展,主要体现在设备设计科学、易于管理、便于控制等。首先,设计科学。采用功率集成设计模式简化电源结构,促使通信电源各个模块得到不断优化,增加集成度。以高度集成的硅晶片为例,其内部元件数目就减少了2/ 3以上,结构也更加紧密,相比于分立元件的布局减小了杂散电感、分布电容、连线电阻,在提高产品先进性的同时有效降低了电力损耗。其次,易于管理。随着互联网应用日益普及和信息处理技术的快速发展,通信技术已经十分成熟,这就要求通信电源设备必须具备数据处理和网络通信能力。以TCP/ IP协议实现网络化通信为例,网络化集中管理要求通信电源必须具有智能型人机界面,使技术管理人员可以随时监视电源设备运行状态和各项技术参数,此外通信电源还必须具有各种保护、告警和数据信息存储、处理、打印、远程开关机功能,使技术管理人员可以方便地对通信电源实施管理。第三,便于控制。通信设施所处环境越来越复杂,人烟稀少、自然环境恶劣等因素都增大了维护的难度。此时,数字化技术就表现出了传统模拟技术无法替代的优势,如对AC/ DC整流稳压、DC/ AC逆变、同步锁相等控制方面。随着微处理器和监控软件的引入,采用全数字化控制技术电源的自我监控能力普遍增强,可以实时监视设备自身的各种运行参数和状态,并具备了预警功能和故障诊断功能,有效地实现了通信动力设备无人值守与远程监控,大大提高了设备的可靠性和对环境的适应性。结论：在当前的3G环境下,电力通信机房和基站内的通信设备都趋向于小型轻便、标准集成、安全可靠,这就对电源产品提出了更为严格的要求和更为精细化的需求,推动着通信电源向着高效、智能化的方向不断发展。而高效智能不仅是通信电源产业自身实现可持续发展的战略性要求,也是现代通信网实现绿色化和可持续发展的一个重要内容。从这一点也可以看出,通信行业实现绿色化与可持续发展,不单单在于设备提供商或运营商自身