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通信电源设备的发展及应注意的问题
通信电源设备包括的种类很多,诸如交流配电设备、交流备用电源设备(发电机组)、直 流储能设备(蓄电池)、换流设备(整流器、UPS、逆变器、交换器)等。其中,换流设备的发 展代表了通信电源设备的发展速度和水平,而这些设备与电力电子理论和技术及功率电子器件 的发展密切相关。就整流设备来看;我国在60年代以前,经历了从马达发电机组到氧化铜整流 器再到硒整流器的发展过程,从60年代到80年代,主要采用了以可控硅作为功率整流器件的相 控整流器。进入90年代,在通信电源中,以双墓极功率晶体管(AGBT)和功率场效应管(mosf et)为功率变换器件的高频开关整流器逐步取代了相控整流器。高频开关整流器的应用,是电 力电子学理论和技术及功率电子器件的发展取得的重大成果,使整流器的体积和重量大大地减 小了,材料消耗降低了,效率和功率因数提高了,能耗大大节省了,噪声降低了,工作环境改 善了。加上模块化的结构和计算机技术的应用,使得整流系统的集成非常灵活、方便,智能化 程度大大提高。
从80年代初,首先见到英国高频开关整5流器的商用报道至今,其发展速度异常迅速,发 展的趋势也非常明确。
1、高可靠性。可靠性是通信电源设备的首要指标,因为通信的不间断性首先要电源于以 保证。实践证明,电源故障是造成通信中断的主要原因。
可靠性反映的是设备的综合技术水平,包括器件、材料、电路技术、热设计、制造工艺等, 各国都在为此不懈的努力。目前,高频开关整流器一般设计的MTBF指标在1×105h以上有的到 2×105h。我国在《通信局站电源系统总技术要求》中提出的可靠性指标是,在15年的使用时 间内,MTBF应不小于 5×104h。显然,要求应该进一步提高。
2、高效率、高功率因数。高效率使功耗降低,不仅节省能源,而且设备的热设计也会变 得简单,对设备的小型化十分有不利。高频开关整流电源为减小重量和体积、提高动态品质, 工作频率越来越高,开关过程功耗成为内部功耗的主要环节。近几年来都普遍采用了软开关技 术,即“零电压开关”(ZVT)和“零电流开关”(ZCT)技术,在理论上可以使开关损耗为零。 目前高频开关电源的效率一般都达到90%以上,经我们测试的,最高达到了 93%。高频开关 整流电源的功率因数是由相移和波形失真两部分决定,它的改进不仅降低无功损耗,并且减小 了对输入、输出的骚扰。在设备中普遍采用了功率因数校正电路。经测试,目前一般都在0.97 以上,有的已达到0.99以上。
3、高智能化。随着计算机技术的发展,高频开关电源系统及模块,都普遍采用了计算机 监控技术,每个系统都设置了监控模块,模块中有的也装有CPU,使其性能更加完善,并有较 强的系统管理功能。
4.小型化。通信设备的容量密度愈来愈大,同容量的体积愈来愈小,电源设备的体积重 量也在减小,相对而言,电源设备仍处于大而笨的境地,提高电源设备的重量与体积的比能 量,也是发展的普遍趋势。工作频率的提高、效率的提高、半导体器件和电路的集成化及磁 性元件与电路的集成化,都将使电源设备的重量和体积可进一步的减小。目前,一个风冷式 的48V50A的高频开关整流器,其重量有的已达到6.5一7kg。
5、更强的运用性。通信的发展不仅是规模在增大,手段在增加,范围更广泛,触及到地 球的每个角落,深入到每个家庭和个人。电源是必不可少的,其工作条件和环境差异极大。 如接入网、个别移动通信基站及偏僻地区的中继站的电源,其工作条件和环境,就不可能与 具有一定规模的通信局站相比,往往电网电压变化大,品质差,个别的安装在室外,其工作 环境温度低的达到-40℃,高的达到60℃以上。对电源设备的适用性提出了非常苛刻的要求。 目前高频开关电源对输入电压的适用范围在不断扩大,有的已达到-30%-+30%以上。在 恶劣的条件和环境中,能保证稳定可靠地工作,尚有不少工作要做。
当前,对入网设备的检测是比较全面和严格的;但对EMC的检测,由于条件的限制;一 直尚未进行。今年7月初;由信息产业部电信管理局在北京组织召开了《电磁兼容性测试研 讨会》,会议讨论了即将进行EMC检测的通信终端设备,其中高频开关整流电源是首先入检 设备之一。对此,应引起各生产厂商的注意并很好地解决这一问题。
电磁兼容性(EMC),对不少人来说并不陌生,按国家标准所下的定义为“设备或系统 在其电磁环境中能正常工作,且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。” 对电源设备电磁兼容性的全部内容包括;
(1)传导骚扰
(2)辐射骚扰
(3)谐波骚扰
(4)电压起伏和闪烁
(5)静电放电抗干扰性
(6)辐射(射频)电磁场抗干扰性
(7)电快速瞬变脉冲群抗干扰性
(8)浪涌(冲击)抗干扰性
(9)射频场感应的传导骚扰的抗扰性
(10)电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰性
可以说以上(1)-(4)属于EMI(即电磁现象方口形成后果的统称)的范畴,(5)- (10)为 EMS(即抗干扰性或称敏感性,敏感性高,抗扰性低)的范畴。
对于高频开关电源主要测试的内容是传导骚扰测试和辐射骚扰的测试。在产品的开发和 研制过程中,已经是必须解决的问题了。
关于电磁兼容性EMC的标准。
世界不少国家在《关贸总协定与标准化》规定的原则下,制定了EMC法规,如欧共体 1989年5月3日颁布的89/336/EEC是通用的EMC指令,该指令于1992年1月1日开始执行,过 渡期到1995年12月1日止。从1996年1月1日起开始强制执行,规定所有投放欧共体市场的电 器、电子产品均须符合EMC指令的要求,否则不准进入欧共体市场流通。我国通过以IEC国 际标准为依据于1998年颁布了电磁兼容EMC国家标准,进行市场规范和管理。编号为GB/T 17624.1-1998,GB/T 176251-1998,GB/T 17626.1-9-1998信息产业部依据IEC国际标 准制定了《通信电源设备电磁兼容性限值及测量方法》行业标准,编号为YD/T-983-1998。 我国加入WTO后,这些标准必将强制执行。
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