“按部就班”分析通信開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)劣
通信開(kāi)關(guān)電源技術(shù)在２０世紀(jì)８０年代引入我國(guó)，如今已廣泛應(yīng)用于通信領(lǐng)域。由于通信開(kāi)關(guān)電源的性能直接影響著通信系統(tǒng)的可靠性，因此正確判別通信電源的優(yōu)劣也就顯得尤為重要。僅從電源的輸入、輸出特性指標(biāo)來(lái)衡量開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)劣，顯然是不夠的，還應(yīng)該從下列幾方面著手。
一、功率器件
通信開(kāi)關(guān)電源技術(shù)屬于電力電子技術(shù)，它運(yùn)用功率變換器進(jìn)行電能變換，因而從功率器件的類(lèi)型上很容易推斷出產(chǎn)品大致的研發(fā)年代。我們知道，大功率硅整流管和晶閘管出現(xiàn)于２０世紀(jì)６０年代；大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管（ＧＴＲ）和門(mén)極可關(guān)斷晶閘管（ＧＴＯ）的生產(chǎn)年代在２０世紀(jì)７０年代；功率場(chǎng)效應(yīng)管（ＭＯＳＦＥＴ）出現(xiàn)于２０世紀(jì)８０年代；絕緣柵雙極晶體管 （ＩＧＢＴ）則是出現(xiàn)于２０世紀(jì)９０年代的器件。這里需要說(shuō)明的是，功率場(chǎng)效應(yīng)管由于單極性多子導(dǎo)電，顯著地減小了開(kāi)關(guān)時(shí)間，所以很容易地達(dá)到１ＭＨｚ的開(kāi)關(guān)工作頻率。但是功率場(chǎng)效應(yīng)管要提高器件阻斷電壓必須加寬器件的漂移區(qū)，結(jié)果使器件內(nèi)阻迅速增大，器件的通態(tài)壓降增高，通態(tài)損耗增大。絕緣柵極雙極晶體管在結(jié)構(gòu)上類(lèi)似于功率場(chǎng)效應(yīng)管，其不同點(diǎn)在于絕緣柵極雙極晶體管是在Ｎ溝道功率場(chǎng)效應(yīng)管的Ｎ＋基板（漏極）上增加了一個(gè)Ｐ＋基板（絕緣柵極雙極晶體管的集電極），這一點(diǎn)改進(jìn)就使得絕緣柵極雙極晶體管具有一系列的突出優(yōu)點(diǎn)：正向偏置，輸入阻抗高，導(dǎo)通電阻低，耐壓高，安全工作區(qū)大以及開(kāi)關(guān)速度高等。 看功率器件的封裝也能簡(jiǎn)單判別通信電源的優(yōu)劣。管芯直接焊接在基板上，可以提高散熱效率，降低寄生電感、電容和熱阻。不是直接焊接在基板上的產(chǎn)品，就比較差了。
二、電路原理
１． 要看它采用硬開(kāi)關(guān)技術(shù)還是軟開(kāi)關(guān)技術(shù)。由ＬＣ無(wú)源元件和快恢復(fù)二極管組成的各種無(wú)耗緩沖電路，改變了開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)過(guò)渡過(guò)程，使開(kāi)關(guān)電壓、電流的改變不是突變的（即硬開(kāi)關(guān)）而是緩變的（即軟開(kāi)關(guān)），從而顯著地減小了功率器件的開(kāi)關(guān)損耗，提高系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)頻率，降低變換器的體積和重量，減少系統(tǒng)的輸出紋波，并且可以克服變換電路對(duì)寄生分布參數(shù)的敏感性，降低系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)噪音，展寬系統(tǒng)的頻帶，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。
２．要看它采用變頻控制（ＰＦＭ）還是恒頻控制（ＰＷＭ）。恒頻控制（又稱(chēng)相移控制）方式要優(yōu)于變頻控制方式。相移控制的全橋變換電路，綜合恒頻控制技術(shù)和軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)恒頻控制，實(shí)現(xiàn)輸出電壓或電流的大范圍無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，在功率器件換流瞬間，實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)換流。
３．功率因數(shù)校正技術(shù)可以抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流，減少無(wú)功功率，從而改善功率因數(shù)，同時(shí)降低電源高次諧波產(chǎn)生的噪音和污染，達(dá)到節(jié)能目的。
４．負(fù)載均流是一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，它使得模塊并機(jī)的輸出不平衡程度減少，并使得系統(tǒng)具備冗余容錯(cuò)能力，易于構(gòu)成大容量的通信電源系統(tǒng)。目前主要有下垂（ｄｒｏｏｐ）均流法、主從設(shè)置ｍａｓｔｅｒ ｓｌａｖｅ均流法、平均電流ａｖｅｒａｇｅ ｃｕｒｒｅｎｔ均流法、外加均流控制器ｅｘｔｅｒｎａｌ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ均流法、最大電流自動(dòng)ｈｉｇｈｅｓｔ ｃｕｒｒｅｎｔ均流法。而最大電流自動(dòng)均流法既能實(shí)現(xiàn)電源模塊的自動(dòng)均流，又可以實(shí)現(xiàn)電源模塊的冗余，電源模塊的退出與增加均不影響系統(tǒng)的正常工作，均流母線的開(kāi)路、短路以及模塊的損壞都不會(huì)影響系統(tǒng)其他模塊的正常工作。
三、保護(hù)和防雷措施
除了過(guò)壓、欠壓、缺相、過(guò)流、短路、過(guò)載、過(guò)熱，這些我們通常希望設(shè)備能提供的保護(hù)功能外，還需要了解有沒(méi)有蓄電池監(jiān)測(cè)、充電限流功能。是否采用進(jìn)口名牌防雷元器件（如ＯＢＯ、ＤＥＨＮ、ＦＵＲＳＥ等），也是保證系統(tǒng)將來(lái)能否可靠穩(wěn)定的依據(jù)。
四、告警功能
當(dāng)系統(tǒng)工作達(dá)到預(yù)先設(shè)置的告警電平或系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，監(jiān)控模塊不僅發(fā)出聲光告警，主動(dòng)撥號(hào)向中心站或上級(jí)局報(bào)告故障內(nèi)容，還要自動(dòng)呼叫事先指定的ＢＰ機(jī)或手機(jī)。對(duì)無(wú)人值守的通信站而言，這無(wú)疑是衡量電源品質(zhì)的一個(gè)重要依據(jù)。
五、監(jiān)控接口
利用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)通信電源的遙測(cè)、遙控、遙信功能，可以提高系統(tǒng)的維護(hù)管理質(zhì)量，降低系統(tǒng)的維護(hù)成本，提高整體工作效率，因此具備遠(yuǎn)程通信接口是通信電源最起碼的要求。同樣，接口的類(lèi)型也從一個(gè)側(cè)面反映電源技術(shù)含量的高低，總體而言，以太網(wǎng)接口優(yōu)于ＲＳ４８５接口，ＲＳ４８５接口優(yōu)于ＲＳ２３２接口。
六、電磁兼容性
這是一個(gè)最容易忽視的方面，由于開(kāi)關(guān)電源容量日益增大，其所產(chǎn)生的諧波污染已嚴(yán)重影響電網(wǎng)的其他用電負(fù)載（主要是電子設(shè)備），因此在國(guó)外，特別是歐洲和美國(guó)，對(duì)用電設(shè)備的電磁兼容性，都制定了新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這使得我們?cè)陉P(guān)心所選用的電源輸入、輸出濾波器特性的好壞以及屏蔽結(jié)構(gòu)的合理與否的同時(shí)，還要知道它符不符合ＣＩＳＰＲ ２２及ＣＩＳＰＲ ２４標(biāo)準(zhǔn)。
盡管通信開(kāi)關(guān)電源技術(shù)是一門(mén)多學(xué)科交叉的邊緣技術(shù)，涉及電力電子、半導(dǎo)體器件、綜合自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)（微處理器）技術(shù)和電磁技術(shù)等諸多領(lǐng)域，但是只要掌握一些背景知識(shí)和基本原理，對(duì)開(kāi)關(guān)電源性能的優(yōu)劣判斷，還是不難把握的。
一、功率器件
通信開(kāi)關(guān)電源技術(shù)屬于電力電子技術(shù)，它運(yùn)用功率變換器進(jìn)行電能變換，因而從功率器件的類(lèi)型上很容易推斷出產(chǎn)品大致的研發(fā)年代。我們知道，大功率硅整流管和晶閘管出現(xiàn)于２０世紀(jì)６０年代；大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管（ＧＴＲ）和門(mén)極可關(guān)斷晶閘管（ＧＴＯ）的生產(chǎn)年代在２０世紀(jì)７０年代；功率場(chǎng)效應(yīng)管（ＭＯＳＦＥＴ）出現(xiàn)于２０世紀(jì)８０年代；絕緣柵雙極晶體管 （ＩＧＢＴ）則是出現(xiàn)于２０世紀(jì)９０年代的器件。這里需要說(shuō)明的是，功率場(chǎng)效應(yīng)管由于單極性多子導(dǎo)電，顯著地減小了開(kāi)關(guān)時(shí)間，所以很容易地達(dá)到１ＭＨｚ的開(kāi)關(guān)工作頻率。但是功率場(chǎng)效應(yīng)管要提高器件阻斷電壓必須加寬器件的漂移區(qū)，結(jié)果使器件內(nèi)阻迅速增大，器件的通態(tài)壓降增高，通態(tài)損耗增大。絕緣柵極雙極晶體管在結(jié)構(gòu)上類(lèi)似于功率場(chǎng)效應(yīng)管，其不同點(diǎn)在于絕緣柵極雙極晶體管是在Ｎ溝道功率場(chǎng)效應(yīng)管的Ｎ＋基板（漏極）上增加了一個(gè)Ｐ＋基板（絕緣柵極雙極晶體管的集電極），這一點(diǎn)改進(jìn)就使得絕緣柵極雙極晶體管具有一系列的突出優(yōu)點(diǎn)：正向偏置，輸入阻抗高，導(dǎo)通電阻低，耐壓高，安全工作區(qū)大以及開(kāi)關(guān)速度高等。 看功率器件的封裝也能簡(jiǎn)單判別通信電源的優(yōu)劣。管芯直接焊接在基板上，可以提高散熱效率，降低寄生電感、電容和熱阻。不是直接焊接在基板上的產(chǎn)品，就比較差了。
二、電路原理
１． 要看它采用硬開(kāi)關(guān)技術(shù)還是軟開(kāi)關(guān)技術(shù)。由ＬＣ無(wú)源元件和快恢復(fù)二極管組成的各種無(wú)耗緩沖電路，改變了開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)過(guò)渡過(guò)程，使開(kāi)關(guān)電壓、電流的改變不是突變的（即硬開(kāi)關(guān)）而是緩變的（即軟開(kāi)關(guān)），從而顯著地減小了功率器件的開(kāi)關(guān)損耗，提高系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)頻率，降低變換器的體積和重量，減少系統(tǒng)的輸出紋波，并且可以克服變換電路對(duì)寄生分布參數(shù)的敏感性，降低系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)噪音，展寬系統(tǒng)的頻帶，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。
２．要看它采用變頻控制（ＰＦＭ）還是恒頻控制（ＰＷＭ）。恒頻控制（又稱(chēng)相移控制）方式要優(yōu)于變頻控制方式。相移控制的全橋變換電路，綜合恒頻控制技術(shù)和軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)恒頻控制，實(shí)現(xiàn)輸出電壓或電流的大范圍無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，在功率器件換流瞬間，實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)換流。
３．功率因數(shù)校正技術(shù)可以抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流，減少無(wú)功功率，從而改善功率因數(shù)，同時(shí)降低電源高次諧波產(chǎn)生的噪音和污染，達(dá)到節(jié)能目的。
４．負(fù)載均流是一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，它使得模塊并機(jī)的輸出不平衡程度減少，并使得系統(tǒng)具備冗余容錯(cuò)能力，易于構(gòu)成大容量的通信電源系統(tǒng)。目前主要有下垂（ｄｒｏｏｐ）均流法、主從設(shè)置ｍａｓｔｅｒ ｓｌａｖｅ均流法、平均電流ａｖｅｒａｇｅ ｃｕｒｒｅｎｔ均流法、外加均流控制器ｅｘｔｅｒｎａｌ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ均流法、最大電流自動(dòng)ｈｉｇｈｅｓｔ ｃｕｒｒｅｎｔ均流法。而最大電流自動(dòng)均流法既能實(shí)現(xiàn)電源模塊的自動(dòng)均流，又可以實(shí)現(xiàn)電源模塊的冗余，電源模塊的退出與增加均不影響系統(tǒng)的正常工作，均流母線的開(kāi)路、短路以及模塊的損壞都不會(huì)影響系統(tǒng)其他模塊的正常工作。
三、保護(hù)和防雷措施
除了過(guò)壓、欠壓、缺相、過(guò)流、短路、過(guò)載、過(guò)熱，這些我們通常希望設(shè)備能提供的保護(hù)功能外，還需要了解有沒(méi)有蓄電池監(jiān)測(cè)、充電限流功能。是否采用進(jìn)口名牌防雷元器件（如ＯＢＯ、ＤＥＨＮ、ＦＵＲＳＥ等），也是保證系統(tǒng)將來(lái)能否可靠穩(wěn)定的依據(jù)。
四、告警功能
當(dāng)系統(tǒng)工作達(dá)到預(yù)先設(shè)置的告警電平或系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，監(jiān)控模塊不僅發(fā)出聲光告警，主動(dòng)撥號(hào)向中心站或上級(jí)局報(bào)告故障內(nèi)容，還要自動(dòng)呼叫事先指定的ＢＰ機(jī)或手機(jī)。對(duì)無(wú)人值守的通信站而言，這無(wú)疑是衡量電源品質(zhì)的一個(gè)重要依據(jù)。
五、監(jiān)控接口
利用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)通信電源的遙測(cè)、遙控、遙信功能，可以提高系統(tǒng)的維護(hù)管理質(zhì)量，降低系統(tǒng)的維護(hù)成本，提高整體工作效率，因此具備遠(yuǎn)程通信接口是通信電源最起碼的要求。同樣，接口的類(lèi)型也從一個(gè)側(cè)面反映電源技術(shù)含量的高低，總體而言，以太網(wǎng)接口優(yōu)于ＲＳ４８５接口，ＲＳ４８５接口優(yōu)于ＲＳ２３２接口。
六、電磁兼容性
這是一個(gè)最容易忽視的方面，由于開(kāi)關(guān)電源容量日益增大，其所產(chǎn)生的諧波污染已嚴(yán)重影響電網(wǎng)的其他用電負(fù)載（主要是電子設(shè)備），因此在國(guó)外，特別是歐洲和美國(guó)，對(duì)用電設(shè)備的電磁兼容性，都制定了新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這使得我們?cè)陉P(guān)心所選用的電源輸入、輸出濾波器特性的好壞以及屏蔽結(jié)構(gòu)的合理與否的同時(shí)，還要知道它符不符合ＣＩＳＰＲ ２２及ＣＩＳＰＲ ２４標(biāo)準(zhǔn)。
盡管通信開(kāi)關(guān)電源技術(shù)是一門(mén)多學(xué)科交叉的邊緣技術(shù)，涉及電力電子、半導(dǎo)體器件、綜合自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)（微處理器）技術(shù)和電磁技術(shù)等諸多領(lǐng)域，但是只要掌握一些背景知識(shí)和基本原理，對(duì)開(kāi)關(guān)電源性能的優(yōu)劣判斷，還是不難把握的。
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