【摘要】交流電源是目前的通訊數(shù)據(jù)設(shè)備中比較常用的電源，交流電與市電的的電壓、頻率的需求幾乎相同，不同之處就是交流電的供電質(zhì)量比市電的要求高。我國目前的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)多使用UPS不間斷電源進行供電，這是為了確保數(shù)據(jù)通訊設(shè)備的安全性。高頻開關(guān)整流模式在通信業(yè)務(wù)中的應(yīng)用具有可靠性強、穩(wěn)定性好、高效率、低能耗、比較方便維護等優(yōu)點，其性能符合通信電源系統(tǒng)的發(fā)展趨勢要求。本文主要分析了高壓直流的供電優(yōu)勢和可行性，并簡述了高頻開關(guān)整流模塊設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】高壓直流電;通信電源;高頻開關(guān)

一、引言

數(shù)據(jù)通訊的業(yè)務(wù)發(fā)展里程比較短，發(fā)展速度比較快，前幾年，通信數(shù)據(jù)設(shè)備供電的UPS不間斷電源系統(tǒng)配置多為200 KVA以下的1+1 并機冗余系統(tǒng)。但是現(xiàn)在，信息技術(shù)的快速發(fā)展，帶動了通信數(shù)據(jù)技術(shù)質(zhì)的飛躍，尤其是快速發(fā)展IDC業(yè)務(wù)，使不間斷大容量UPS電源系統(tǒng)大幅增加，400KVA 2+1并機冗余系統(tǒng)成為了主要的UPS 不間斷電源系，其電池配備多為6V和12V。以下就是對高壓直流電的可行性和優(yōu)勢進行分析，并且闡述通信電源中的高頻開關(guān)整流模塊設(shè)計。

二、高壓直流電的供電可行性及優(yōu)勢

我國目前幾乎都使用交流電220v的服務(wù)器接入UPS用電業(yè)務(wù)的電源之中，AC/DC 整流電路和AC/DC 整流電路著兩部分組成了服務(wù)器的內(nèi)部電源。其中，服務(wù)器的濾波器、全橋整流電路和平滑濾波等電路組成了服務(wù)器，高頻逆變電路、隔離變壓器和整流濾波電路等構(gòu)成了DC/DC 變換電路。一般情況下，服務(wù)器允許的交流輸入電壓為 220 V±25%的范圍內(nèi)，即是165- 275V，也就是說，電容的平均電壓的范圍198- 330 V是整流后濾波，389 V為最高峰值電壓。直流母線滿足服務(wù)器工作電源要求的波動范圍是在216-282V之間。此外，高壓直流電源技術(shù)已經(jīng)成熟的廣泛地應(yīng)用于通信設(shè)備中，并且已經(jīng)有幾十年的運行經(jīng)驗了，通信用高壓直流電源其電壓等級與電力用直流操作電源相同。因此，電力用直流操作電源系統(tǒng)對于通信用高壓直流電源的系統(tǒng)設(shè)計來說，有很多可以借鑒的優(yōu)點。另外，高頻開關(guān)式整流器的成功運行和維護經(jīng)驗也有幾十余年了。

高壓直流電的供電優(yōu)勢有：

1）高壓直流電在供電備份冗余上與直流-48V開關(guān)整流模塊的配置幾乎相同，減輕了供電系統(tǒng)的配置負擔(dān)，只需要整流模塊 N+1的并份即可（N為主用模塊數(shù)量）。

2）在高壓直流供電系統(tǒng)中，整流機柜并機比較方便，可以提高系統(tǒng)擴容效率，節(jié)約投資成本。

3）該模式的控制系統(tǒng)與UPS相比較，供電模式并機簡單，不存在交流電源振幅、頻率、相位等參數(shù)，減少了系統(tǒng)的故障點。

4）直流開關(guān)整流器模塊為該系統(tǒng)的核心部位，維護起來比較方便。

5）該系統(tǒng)在整組后，備電池單體只數(shù)相應(yīng)的減少了很多，也減少了系統(tǒng)中的故障發(fā)生，確保了系統(tǒng)供電安全的可靠性。

6）系統(tǒng)中不存在單瓶頸故障隱患，因為沒有設(shè)置自動靜態(tài)旁路開關(guān)。

7）不需要反復(fù)變換，系統(tǒng)變換效率與UPS比較，其供電性能稍高，有利于電能的節(jié)約。240v高壓直流電供電模式在國內(nèi)的電信運營商中的應(yīng)用，已經(jīng)有十幾年的經(jīng)驗了，經(jīng)過運營事實證明了高壓直流供電模式對于電信數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)來說是比較安全可靠的。

三、高頻開關(guān)電源系統(tǒng)中的的整流模式設(shè)計

高頻開關(guān)電源系統(tǒng)中的重要部分就是整流模塊，因為整流模式的穩(wěn)定性直接關(guān)系到系統(tǒng)的直流電壓輸出和工作時電壓輸出的正常。本文所闡述的整流模式設(shè)計，主要是利用無源PFC和DC/DC變換器的原理，在模塊整流原理上進行的改進和完善，以實現(xiàn)使模塊能夠有效完成整流作用的目的。其工作原理框圖如圖1所示：

圖1 整理模式的工作原理圖

在工作過程中，想要保證模塊后級電路的安全，就應(yīng)該使其先通過防雷處理和濾波對輸入的三相交流進行處理。經(jīng)過處理后，把三相交流轉(zhuǎn)換成高壓直流的時候要經(jīng)過整流和無源PFC，高壓直流要電壓要經(jīng)過DC/DC變換器再次轉(zhuǎn)換才能輸出。此外，模塊控制部分還發(fā)揮著保證輸出電壓的穩(wěn)定的作用以及保護各模塊部件的作用，例如負責(zé)過壓、過流以及短路保護等作用。模塊還在遠程監(jiān)控中提供了遙控、遙調(diào)、遙測、遙信等四遙接口。有效功率除以總耗電量（視在功率）的比值就是即功率因數(shù)校正，簡稱PFC，它用來表示有效功率與總耗電量（視在功率）之間的關(guān)系。無源PFC般情況下由二極管、電阻、電容和電感等無源器材組成，是指不使用一些有源器件，例如晶體管等組成的校正電路。本文中的PFC組成就是利用電感上的電流不能突變的特性來平滑電容充電強脈沖的波動，以實現(xiàn)改善電路中電流的畸變的目的，就是在整流橋堆和濾波電容之間加1個電感，改善功率因數(shù)和電磁干擾，并利用電感上的電壓超前于電流的特性，來補償濾波電容電流超前電壓的特性。但是這種方式對于校正電流畸變和補償功率因數(shù)的效果有限，只能實現(xiàn)抑制電流突變的目的，是一種簡單的補償措施。

固定的直流電壓借助DC/DC變換器就可以變換為可變的直流電壓，這種控制的優(yōu)點就是能夠節(jié)約電能、提高平穩(wěn)性和響應(yīng)的速度。一般情況下，把變阻器換成直流斬波器，可以節(jié)約20%～30%的電能。直流斬波器的優(yōu)勢有：調(diào)壓、抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲等作用。本文所說的DC/DC變換器，采用的是雙管正激式DC/DC變換器，變壓器T1發(fā)揮著隔離和變壓的效果，如果想要實現(xiàn)能量的儲存及傳遞只需要在輸出端要加一個電感器Lo（續(xù)流電感）即可。由于VD1、VD2的導(dǎo)通限制了兩個調(diào)整管關(guān)斷時所承受的電壓，因此，變壓器初級無再有復(fù)位繞組。整流二極VD3和一個續(xù)流二極管VD4既可以構(gòu)成一個輸出回路，也可以選用回復(fù)時間比較快的VD3、VD4。為了實現(xiàn)降低文波電壓的效果，應(yīng)該選擇大容量的濾波電容。雙管正激式DC/DC變換器的工作特點有以下幾點：

1）VD1、VD2應(yīng)該選擇快恢復(fù)管，使它們在其實際設(shè)計和調(diào)試中只許很短的時間就可以恢復(fù)，滿足兩個開關(guān)在任何工作狀態(tài)下可以承受的電壓都不會超過UIN和Ud的條件;

2）雙管正激式DC/DC變換器不需要復(fù)位電路，與單端正激式DC/DC變換器相比，其電路和變壓器的設(shè)計比較簡化，即使使用耐壓值較低功率器件，它也會有很大的功率等級;

3）工作狀態(tài)比較一致的兩個開關(guān)管，會出現(xiàn)同時通態(tài)或斷態(tài)的狀況，因此，可以選擇智能高頻開關(guān)電源，整流電路將交流電變?yōu)槊}動直流電的時候，會含有大量的交流成分（稱為紋波電壓）。

想要獲得平滑的直流電壓，可以加接濾波電路在整流電路的后面，達到濾去交流部分的目的?？s短二極管得到時間，應(yīng)該留有足夠的電流裕量，可以在橋式整流電路輸出端與負載之間并聯(lián)一個大電容，電容CO充電的瞬時電流較大，會導(dǎo)致二極管損壞。

四、總結(jié)

綜上所述，本文主要針對高壓直流通信電源中的高頻開關(guān)整流模塊設(shè)計的闡述，可以發(fā)現(xiàn)利用無源PFC電路，能夠?qū)崿F(xiàn)改善電路中電流畸變的目的。該系統(tǒng)可以準確的將進行交流變換，缺點就是成本比較高，同時對于備用電源充電時的均勻性比較弱，防雷濾波的效果也不是太好，因此，需要在這些方面進行提高。

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