通信電源解決分析論文

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摘要：隨著通信行業(yè)的大力發(fā)展，農(nóng)話、小交換點(diǎn)、傳輸基站、接入網(wǎng)、廣電等領(lǐng)域在基礎(chǔ)建設(shè)上進(jìn)行了大力投入，對(duì)中小容量電源的需求也日益旺盛，鐵路等專網(wǎng)領(lǐng)域亦如此。在目前正能ZNDU系列產(chǎn)品中，中、小容量的組合電源系統(tǒng)主要包括ZNDU90B、ZNDU180、ZNDU300以及ZNDU90E

關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：嵌入式整流器配電監(jiān)控?zé)o損吸收熱插拔

一、前言

隨著通信行業(yè)的大力發(fā)展，農(nóng)話、小交換點(diǎn)、傳輸基站、接入網(wǎng)、廣電等領(lǐng)域在基礎(chǔ)建設(shè)上進(jìn)行了大力投入，對(duì)中小容量電源的需求也日益旺盛，鐵路等專網(wǎng)領(lǐng)域亦如此。在目前正能ZNDU系列產(chǎn)品中，中、小容量的組合電源系統(tǒng)主要包括ZNDU90B、ZNDU180、ZNDU300以及ZNDU90E，這些系統(tǒng)在某些方面已不能完全滿足用戶多樣化的需要。為滿足市場(chǎng)需求，增強(qiáng)ZNDU系列組合電源在中、小容量領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力，以嵌入式整流器組成的電源系統(tǒng)的研制被提上日程。正能實(shí)業(yè)以ZXD800E15A開(kāi)關(guān)整流器為基礎(chǔ)，組成了ZNDU45和ZNDU150兩種系統(tǒng)，下文分別予以介紹。

二、ZNDU45-45A嵌入式電源系統(tǒng)

ZNDU45是為接入網(wǎng)配套開(kāi)發(fā)的嵌入式系統(tǒng)，寬19英寸。該系統(tǒng)集交直流配電、整流器、監(jiān)控單元于一體，滿配置額定輸出為-48V/45A，良好的電磁兼容設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)可以用于一體化的接入網(wǎng)機(jī)架而和接入網(wǎng)設(shè)備互不干擾。

系統(tǒng)的外形共有6個(gè)槽位：整流器占3個(gè)槽位，交直流配電單元占2個(gè)槽位，監(jiān)控單元占一個(gè)槽位。系統(tǒng)采用插箱結(jié)構(gòu)，整流器和監(jiān)控單元采用熱插拔方式，安裝、維護(hù)方便。

整流器單元采用最先進(jìn)的功率變換技術(shù)，在全負(fù)載范圍內(nèi)都有很高的轉(zhuǎn)換效率。損耗減少，不僅為用戶降低了運(yùn)行成本，而且使系統(tǒng)的可靠性得到有效保證。功率因數(shù)校正技術(shù)的應(yīng)用，一方面提高了系統(tǒng)的功率因數(shù)（接近于1），另一方面使后級(jí)功率變換電路的直流輸入電壓相對(duì)穩(wěn)定，工作更加可靠，在交流輸入（130～300）V的范圍內(nèi)整流器可以輸出額定功率。由于使用小容量電源系統(tǒng)的地區(qū)電網(wǎng)大多不穩(wěn)定，有些地區(qū)甚至使用的是極其不穩(wěn)定的小水電，嵌入式整流器對(duì)交流電網(wǎng)極強(qiáng)的適應(yīng)能力使得在電力不穩(wěn)定地區(qū)也可放心使用。

系統(tǒng)滿配置為三個(gè)整流器，每個(gè)整流器的額定輸出為15A。由于接入網(wǎng)一體化機(jī)架的用電量不大，如果以更大容量的整流器組成系統(tǒng)供電是不合適的，因?yàn)槿绻詥蝹€(gè)大容量的整流器供電，系統(tǒng)沒(méi)有備份，不安全；如果以2個(gè)或更多的大容量的整流器供電，則不經(jīng)濟(jì)，出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象。而以15A整流器組成系統(tǒng)，既經(jīng)濟(jì)，備份方式也更加合理。

交直流配電單元完成交流電源的輸入與防雷保護(hù)、直流輸出的分配、蓄電池的接入與保護(hù)等功能，并為監(jiān)控單元提供檢測(cè)信號(hào)。由于系統(tǒng)的容量很小，系統(tǒng)采用單相交流電源供電，在交流輸入（130～300）V的范圍內(nèi)，系統(tǒng)可以正常工作。由于該系統(tǒng)主要用于一體化的接入網(wǎng)機(jī)架，配電單元遵循“簡(jiǎn)單即可靠”的原則，為接入網(wǎng)一體化機(jī)架度身定做，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

監(jiān)控單元是系統(tǒng)的核心。實(shí)時(shí)檢測(cè)交直流配電單元、整流器單元和蓄電池組的工作狀態(tài)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，根據(jù)分析的結(jié)果完成系統(tǒng)的管理功能。監(jiān)控單元具有本地的人機(jī)界面并可以通過(guò)多種傳輸方式和監(jiān)控中心連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

三、ZNDU150150A組合電源系統(tǒng)

ZNDU150150A組合電源系統(tǒng)采用獨(dú)立的一體化組合電源機(jī)架，整機(jī)外形尺寸和ZNDU600E600A組合電源系統(tǒng)兼容，高、寬、深分別為2000、600、660mm。系統(tǒng)集交流配電、整流器、直流配電、監(jiān)控單元、二次模塊、蓄電池組為一體，可廣泛使用于中、小容量的程控交換局、移動(dòng)基站、衛(wèi)星地球站等場(chǎng)合，尤其適用于為農(nóng)村電話支局、微波中繼站、鐵路信號(hào)站的通信設(shè)備供電。良好的電磁兼容設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)可以和主設(shè)備放在一起而不互相干擾。

系統(tǒng)的共分三層：

上層為交流配電單元和直流配電單元。交流配電單元位于機(jī)柜的上部前方，完成交流輸入的防雷保護(hù)、多路交流輸入的切換以及三相交流的分配，并為監(jiān)控單元提供檢測(cè)信號(hào)。根據(jù)用戶不同的要求，交流輸入可以提供單路手動(dòng)、雙路手動(dòng)、雙路自動(dòng)切換等方式。在多路交流輸入方式下，多路輸入回路之間有可靠的電氣和機(jī)械互鎖裝置。系統(tǒng)交流輸入采用三相五線制輸入方式，在沒(méi)有三相電源的場(chǎng)合，也允許單相三線方式輸入，方便用戶的使用（系統(tǒng)在單相三線輸入時(shí)，零線要適當(dāng)加粗）。

直流配電單元位于機(jī)柜的上部后方，主要完成直流輸出的分配與保護(hù)、蓄電池的接入與保護(hù)等功能。直流輸出路數(shù)可以根據(jù)用戶的需求靈活進(jìn)行配置，在交流發(fā)生故障的情況下，還完成直流應(yīng)急照明的輸出，為工程現(xiàn)場(chǎng)提供照明。系統(tǒng)可以接入兩組蓄電池，當(dāng)交流輸入故障、整流器組不能提供直流電源時(shí)由蓄電池組給直流負(fù)載、二次模塊和監(jiān)控單元供電，保證用電設(shè)備不間斷工作。

機(jī)柜的中間為整流器和監(jiān)控單元，分為兩層排列，每層6個(gè)槽位。監(jiān)控單元占用一個(gè)槽位，另外的11個(gè)槽位分配給整流器單元，系統(tǒng)可以在（30～165）A之間靈活配置，滿配置輸出容量為165A。整流器單元對(duì)輸入的交流電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，變換成穩(wěn)定的直流電源供給直流配電單元。整流器單元通過(guò)與背板的接口為監(jiān)控單元提供檢測(cè)信號(hào)。整流器和監(jiān)控單元采用熱插拔方式，維護(hù)、更換都很方便。

電池倉(cāng)位于機(jī)柜的下部。一般的，用戶將電池組放在機(jī)柜的外部，電池倉(cāng)可以用來(lái)儲(chǔ)藏工程維護(hù)用的工具、說(shuō)明書等資料；也可以將小容量的電池組放在系統(tǒng)機(jī)柜的下部，特別適用于移動(dòng)基站等對(duì)空間有特別要求的場(chǎng)合。

機(jī)架下部電池倉(cāng)的上方有一個(gè)單元可以用來(lái)放置二次電源模塊ZXDCMI。ZXDCMI模塊為-48V輸入，6V/13.8V/24V多路輸出，滿足用戶多個(gè)直流電壓等級(jí)的需求。當(dāng)二次模塊故障時(shí)，通過(guò)干節(jié)點(diǎn)將告警信息傳送給監(jiān)控單元。二次模塊一般在ZNDU150用做鐵路信號(hào)站電源時(shí)使用。

監(jiān)控單元是該系統(tǒng)的核心，外形和整流器相同，占用一個(gè)整流器槽位。監(jiān)控單元實(shí)時(shí)檢測(cè)交流配電單元、整流器單元、直流配電單元、二次模塊、蓄電池組的工作狀態(tài)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，根據(jù)分析的結(jié)果完成系統(tǒng)的管理功能。監(jiān)控單元具有本地人機(jī)界面，并可通過(guò)多種傳輸方式和監(jiān)控中心連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。當(dāng)告警發(fā)生時(shí)，除了系統(tǒng)前端提供聲、光告警以外，還可通過(guò)通信單元將告警信息送往遠(yuǎn)端，也可通過(guò)8個(gè)干節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的改變對(duì)維護(hù)人員進(jìn)行提示。

系統(tǒng)具有完善的蓄電池管理功能，可以對(duì)蓄電池進(jìn)行溫度補(bǔ)償，根據(jù)測(cè)得的電池溫度，調(diào)整整流器的輸出電壓；可以對(duì)蓄電池進(jìn)行自動(dòng)均浮充管理，根據(jù)交流停電時(shí)蓄電池放電的深度或周期性地對(duì)蓄電池進(jìn)行均浮充管理；在交流停電時(shí)監(jiān)視蓄電池的放電狀態(tài)并在過(guò)放電時(shí)提供保護(hù)功能。蓄電池管理功能的實(shí)施，可最大限度地延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。

可以根據(jù)用戶的需求提供蓄電池放電時(shí)的二次下電功能，將直流負(fù)載根據(jù)重要性的不同分為兩組，在交流停電時(shí)由蓄電池組給負(fù)載供電，監(jiān)控單元根據(jù)蓄電池放電的深度和負(fù)載重要程度的不同將負(fù)載分兩次切除（先切除次要負(fù)載，如果蓄電池繼續(xù)放電則切除全部負(fù)載）。二次下電功能的實(shí)現(xiàn)，在保護(hù)蓄電池不致過(guò)放電的同時(shí)保證了重要設(shè)備有盡可能長(zhǎng)的工作時(shí)間。

四、ZXD800E主要技術(shù)特點(diǎn)

ZXD800E高頻開(kāi)關(guān)整流器是嵌入式電源的核心。它為單相交流輸入，額定輸出48V、15A。其結(jié)構(gòu)為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，高度為3U，寬度70mm。19英寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜一層可以安排6個(gè)槽位。ZXD800E高頻開(kāi)關(guān)整流器具有以下突出特點(diǎn)：

高功率密度。采用混合散熱設(shè)計(jì)方法，以自然冷卻和強(qiáng)迫風(fēng)冷相結(jié)合，ZXD800E整流器的功率功度可達(dá)到430mW/cm3，重量小于2kg，在國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品中處于領(lǐng)先水平。同時(shí)由于前后風(fēng)道設(shè)計(jì)，可使其安裝在任何結(jié)構(gòu)的通信系統(tǒng)中都不會(huì)影響系統(tǒng)其它部件的正常工作。

在交流輸入130Vac--300Vac范圍內(nèi)整流器可全額功率輸出。ZXD800E整流器功率級(jí)由兩級(jí)組成，前級(jí)完成功率因數(shù)校正，使其在全輸入電壓范圍內(nèi)功率因數(shù)為1，并進(jìn)行電壓預(yù)調(diào)整。后級(jí)主要完成功率變換和電壓轉(zhuǎn)換。寬范圍輸入電壓設(shè)計(jì)使嵌入式電源對(duì)電網(wǎng)的適應(yīng)能力大大增強(qiáng)，特別適合邊遠(yuǎn)電網(wǎng)不穩(wěn)定地區(qū)使用。

工作溫度范圍寬。ZXD800E整流器在-15℃--+55℃環(huán)境溫度條件下可全額功率輸出，在高溫條件下進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕殿~，工作溫度范圍上限可達(dá)+65℃，能滿足從寒冷氣候到熱天氣的儲(chǔ)存和使用要求。通過(guò)合理的包裝設(shè)計(jì)，能滿足公路、鐵路、飛機(jī)、海船等運(yùn)輸條件。

高技術(shù)保證高可靠性。ZXD800E采用特殊技術(shù)軟化開(kāi)關(guān)功率器件的開(kāi)關(guān)過(guò)程，再大限度的減小功率器件的電壓和電流應(yīng)力，通過(guò)合理的風(fēng)道設(shè)計(jì)降低功率器件特別是電解電容的溫升，提高整機(jī)的可靠性。

良好的電磁兼容性。ZXD800E采用邊界調(diào)頻和無(wú)損吸收技術(shù)，并通過(guò)有效的屏蔽、接地、濾波，使其具有良好的電磁兼容性。其傳導(dǎo)和輻射發(fā)射指標(biāo)滿足EN55022的B級(jí)要求，輸出雜音指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于郵標(biāo)的要求。由ZXD800E組成的嵌入式電源即使與通信系統(tǒng)置于同一機(jī)架，也不會(huì)相互干擾。是“綠色電源”之極品。

ZXD800E整流器采用熱接插技術(shù)，即插即用大大縮短系統(tǒng)的MTTR，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了前維護(hù)，改善了系統(tǒng)的維護(hù)特性。

五、總結(jié)

ZNDU45和ZNDU150均由ZXD800E15A開(kāi)關(guān)整流器組成的中、小容量組合電源系統(tǒng)，系統(tǒng)的配電方式靈活、蓄電池管理等功能齊全、功率因數(shù)接近1、在全負(fù)載范圍內(nèi)都具有很高的效率、可靠性高。特別是對(duì)交流電網(wǎng)極強(qiáng)的適應(yīng)能力、良好的電磁兼容性和較低的成本，使得該系列的組合電源系統(tǒng)具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。