相控電源改造方案分析

摘要：從高頻開關(guān)電源的性能優(yōu)勢(shì)、智能化優(yōu)勢(shì)及經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢(shì)等幾方面論述了目前通信系統(tǒng)中相控電源改造的必然趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：相控高頻開關(guān)改造

On Modification of Phase Control Power Supply Abrsect: According to Superiorities in performance,intelligence,and economic returns of high frequency switching power supply(SPS) the paper explaind it's an inexorable trend in telecom system at present to replace the phase? shifted control power supply by SPS.

Keywords:Phase? shifted control, High frequency switching power supply, Modification

1相控電源改造的必要性

通信電源在通信系統(tǒng)中占有極其重要的位置，其性能直接影響通信的質(zhì)量和可靠性。隨著通信事業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)其要求也越來越高，相控穩(wěn)壓電源已滿足不了現(xiàn)代通信對(duì)質(zhì)量和可靠性的要求，而逐步被性能更優(yōu)良的高頻開關(guān)電源所取代。

相控電源是指采用晶閘管作為整流器件的電源系統(tǒng)，其原理是交流輸入電壓經(jīng)工頻變壓器降壓，然后采用晶閘管進(jìn)行可控整流。為了保持輸出電壓的穩(wěn)定，需一套比較復(fù)雜的晶閘管觸發(fā)電路。而高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源是交流輸入直接整流，然后經(jīng)過由功率開關(guān)器件（功率晶體管、MOS管、IGBT等）構(gòu)成的逆變電路將高壓直流（單相整流約300V，三相整流約540V）變換成高頻方波（20kHz以上），高頻方波經(jīng)高頻變壓器降壓后再經(jīng)整流濾波后得到穩(wěn)定的直流輸出。

2高頻開關(guān)電源的性能優(yōu)勢(shì)

高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源與相控穩(wěn)壓電源相比，有如下優(yōu)勢(shì)：

（1）技術(shù)指標(biāo)上的優(yōu)勢(shì)

①體積小、重量輕。高頻變壓器取代了體大而笨重的工頻變壓器，使得電源越來越小型化、輕量化。

②工作頻率高，使輸出濾波電路得以小型化。

③功率因數(shù)高。前者采用有源功率因數(shù)校正電路，功率因數(shù)能做到0.98以上，而后者功率因數(shù)低且波形畸變，對(duì)電網(wǎng)干擾嚴(yán)重。

④效率高，節(jié)省能源。前者的效率一般為88％～95％，而后者的效率一般在70％以下。

⑤動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，提高通信質(zhì)量。前者工作頻率高，對(duì)負(fù)載和電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于后者。

⑥紋波小。前者的輸出紋波和雜音一般都比后者小，有利于提高通信的質(zhì)量。

⑦噪音低。前者的工作頻率在人的聽覺范圍之外，可聞噪音比后者低得多。

⑧擴(kuò)容方便。高頻開關(guān)電源一般采用模塊式結(jié)構(gòu)，維護(hù)、擴(kuò)容比較方便。

（2）智能化的優(yōu)勢(shì)

由于高頻開關(guān)電源誕生于計(jì)算機(jī)技術(shù)大發(fā)展的今天，其智能化程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于相控電源。隨著近年來維護(hù)體制的變化，要求對(duì)通信設(shè)備實(shí)行遙控、遙測(cè)、遙信等遠(yuǎn)程集中監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)無人值守或少人值守。智能化高頻開關(guān)通信電源為通信電源的無人值守或少人值守創(chuàng)造了條件。

3高頻開關(guān)電源的經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢(shì)

由于高頻開關(guān)電源的性能優(yōu)勢(shì)，其運(yùn)行成本要比相控電源低得多。單從節(jié)省的電費(fèi)方面來看，就有很大的優(yōu)勢(shì)。

假設(shè)某一電源系統(tǒng)的負(fù)載功率為Po。采用相控電源的功率因數(shù)為0.85（需要外加補(bǔ)償柜才能達(dá)到這一水平），效率為70％。則所需要的輸入功率為：

PI1=Po/(0.85×0.7)=1.68Po

而對(duì)于一功率因數(shù)為0.92（一般具有功率因數(shù)校正器的開關(guān)電源均能達(dá)到這一水平）、效率為93％的高頻開關(guān)電源來說，需要的輸入功率為：

圖1中興ZXDU3000A組合電源系統(tǒng)圖
 

PI2=Po/(0.92×0.93)=1.17Po

采用高頻開關(guān)電源比相控電源節(jié)省的電費(fèi)為

（PI1－PI2）/PI1=30.4％

可見，采用高頻開關(guān)電源能節(jié)省約30％的電費(fèi)。

對(duì)于負(fù)載為1000A的電源系統(tǒng)：

Po=53.5V×1000A=53.5kW

對(duì)相控電源而言，每年的耗電量為：

1.68×53.5kW×24h×365=787348.8kW·h

按0.6元的電價(jià)計(jì)算，每年節(jié)省的電費(fèi)。

0.6×30％×787348.8kW·h=14.17萬元

由此可見電信部門采用高頻開關(guān)電源能節(jié)省一筆很大的電費(fèi)開支。此外，其智能化的特點(diǎn)帶來的維護(hù)費(fèi)用低也能節(jié)省很多開支。所以，高頻開關(guān)電源的經(jīng)濟(jì)效益是顯而易見的。

4中興通訊提供的相控電源改造方案

（1）相控電源改造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

目前，相控電源主要分布在縣市級(jí)以上的交換局。針對(duì)這種情況，建議采用ZXDUM68－48/100的100A系列組合電源進(jìn)行改造。ZXDUM68－48/100電源系統(tǒng)容量從200A～3100A，分為ZXDU600、ZXDU1500、ZXDU3000三種電源系統(tǒng)，可以滿足各種容量等級(jí)的系統(tǒng)需要。圖1所示為ZXDU3000組合電源的滿配置系統(tǒng)圖。

根據(jù)用戶要求，相控電源的改造可以靈活進(jìn)行?？煞謩e保留原電源系統(tǒng)的交流配電屏、直流配電屏。但從外觀、可維護(hù)性出發(fā)，建議進(jìn)行包括交流配電屏、直流配電屏在內(nèi)的整個(gè)電源系統(tǒng)的全部改造。

高頻開關(guān)電源替代相控穩(wěn)壓電源是通信電源發(fā)展的趨勢(shì)，對(duì)提高通信質(zhì)量和可靠性有著極其重要的影響。目前，新建和擴(kuò)容的通信局站均已采用了性能優(yōu)良的高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源。吉林通化、山西臨汾、湖北、貴州等省市的一些局站已采用中興通訊電源改造了原有的相控電源，使得這些局站的電源所占的機(jī)房空間縮小、電源質(zhì)量有很大的改善，完善的監(jiān)控系統(tǒng)使得電源智能化程度大大提高，用戶深表滿意。如在山西省汾西縣電信局，采用ZXDU15001500A高頻開關(guān)電源系統(tǒng)改造了原有400A相控電源，機(jī)柜由原來的四個(gè)變?yōu)楝F(xiàn)在的2個(gè)，而容量增大了近一倍。在充電管理、機(jī)房噪音、電源質(zhì)量、智能監(jiān)控等方面都比原有的電源系統(tǒng)有質(zhì)的變化。

（2）ZXDU系列電源的性能特點(diǎn)

①開關(guān)整流器主功率電路采用結(jié)構(gòu)最佳且是國(guó)外著名廠家產(chǎn)品大都采用的雙正激電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在技術(shù)上采用先進(jìn)的PS－ZVS－PWM相移諧振高頻軟開關(guān)技術(shù)，效率大于93％。在控制方法上采用最先進(jìn)的電流型反饋控制方法，除可穩(wěn)定輸出電壓外，還具有更快的負(fù)載動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力、降低輸出端低頻紋波值等優(yōu)點(diǎn)。

②輸入端加有源功率因數(shù)校正電路，功率因數(shù)高達(dá)0.998，使輸入交流電流、電壓波形均為正弦波，失真度小。

③ZXD5000采用三相四線制輸入，無中線電流，完全避免了負(fù)載不平衡所引起的中線電流過大而損壞設(shè)備的情況。采用多極風(fēng)扇控制技術(shù)，有效延長(zhǎng)了風(fēng)扇使用壽命，提高了整機(jī)可靠性。采用先進(jìn)的熱插拔技術(shù)設(shè)計(jì)，極大地方便了開通維護(hù)。

④600A以下系統(tǒng)具有二次下電保護(hù)功能。在停電后能有效延長(zhǎng)對(duì)關(guān)鍵設(shè)備的供電時(shí)間，特別適合于無線基站及其它要求根據(jù)設(shè)備的重要等級(jí)，停電后分次切斷直流輸出的局站使用。

⑤具備靈活的監(jiān)控組網(wǎng)方式。除常見的MODEM、專線、X.25方式外，還可通過中興通訊的交換、傳輸、接入設(shè)備的監(jiān)控網(wǎng)管系統(tǒng)進(jìn)行組網(wǎng)。針對(duì)無線基站電源組網(wǎng)的特殊要求，已設(shè)計(jì)出以信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊SCM為核心的先進(jìn)的集中監(jiān)控組網(wǎng)方案。

⑥具備完善的“三遙”功能。將電源控制技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起，配以完善的監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)無人值守，符合國(guó)際流行的分散供電模式。

另外，ZXDU系列電源還具有完善的電流回縮短路保護(hù)功能；良好的均流能力，多機(jī)并聯(lián)時(shí)可靠性高；采用自然冷卻方式，避免了因風(fēng)扇損壞而帶來的故障；采用大屏幕液晶顯示器，用漢字顯示各種監(jiān)控信息；完善的三級(jí)防雷保護(hù)措施；極寬的交流輸入電壓范圍，特別適用于電力供應(yīng)不穩(wěn)定地區(qū)；采用兩路市電輸入，可自動(dòng)或手動(dòng)切換；蓄電池自動(dòng)充放電管理，能進(jìn)行溫度補(bǔ)償，最大限度延長(zhǎng)蓄電池使用壽命。