在通信開關(guān)電源中,通信高頻開關(guān)整流器組成的高頻開關(guān)電源系統(tǒng)作為基礎(chǔ)供電設(shè)備,通常被認為是整個通信系統(tǒng)的“心臟“。一旦其發(fā)生故障,則整個通信系統(tǒng)工作將會受到嚴重威脅,會導(dǎo)致大面積通信癱瘓,造成重大的經(jīng)濟損失。因此其現(xiàn)狀及發(fā)展倍受人們關(guān)注。
通信開關(guān)電源行業(yè)現(xiàn)狀分析
國內(nèi)自九五年以后,通信用高頻開關(guān)電源系統(tǒng)全面取代了原有相控電源系統(tǒng),其技術(shù)和市場得到了高速發(fā)展。再加上移動通信的迅速增長,其發(fā)展更是勢不可擋,成為各類開關(guān)電源最為活躍的品種之一。其巨大的市場和高額的利潤吸引了眾多廠家相互競爭,逐步形成了產(chǎn)品多品種、多樣化的“百家zm”的局面。據(jù)了解,現(xiàn)國內(nèi)較大的生產(chǎn)廠家已有十幾家,各有其鮮明的特點。但其總的特點可歸納為:高效率、高頻化、模塊化、智能化和“標準”化。
效率是電源的最重要的指標之一。高效率是每個廠家競相追逐和大力宣傳的重點之一。高效率的好處很多,如更低的運行成本、更低的工作溫度及由此帶來的更高的可靠性和更長的壽命、更低的空調(diào)要求等。現(xiàn)在通信用高頻開關(guān)整流器整機效率高達90%以上已很普通,不帶有源功率因數(shù)校正電路的{zg}可達93~94%,并還有進一步提高的可能。
高頻化是目前開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展的主要方向之一,也是高頻開關(guān)整流器發(fā)展的重要趨勢之一。提高開關(guān)頻率可縮小電源體積、減輕重量、提高功率密度,還可改善開關(guān)電源的動態(tài)性能,減輕濾波電路壓力,并可進一步降低成本。但隨著開關(guān)頻率的提高,功率器件的開關(guān)損耗將成比例地增加。所以在開關(guān)頻率較高時,需采取非常有效的“軟化”措施盡可能降低器件的開關(guān)損耗。目前比較流行的方法是采用有源軟開關(guān)技術(shù),如諧振術(shù)、準諧振(或多諧振)技術(shù)、ZCSP WM(或ZVS-PWM)技術(shù)及ZCTPWM(或ZVT-PWM)技術(shù)等。這些技術(shù)優(yōu)點是效果很好,可將開關(guān)頻率提至很高,一般在1OO~4OOkHz。但其缺點也很明顯,主要是器件的電流、電壓應(yīng)力較大,技術(shù)本身有待完善,多一輔助開關(guān)后控制較復(fù)雜等。另一種較實用的方法是采用無源無耗軟開關(guān)技術(shù),即采用無源器件(L、C、D 等)構(gòu)成獨特的(專利的)電路網(wǎng)絡(luò),對功率開關(guān)實現(xiàn)無損耗緩沖。其特點是全部采用無損耗的無源器件,不需額外的控制,電路簡單,可靠性高,效果也不錯。目前有高頻開關(guān)整流器采用獨特的無源無耗軟開關(guān)技術(shù)將開關(guān)頻率提高到200kHz({zd0}功率輸出達2800 瓦),取得了很好的效果。
模塊化設(shè)計是高頻開關(guān)整流器的重要特色之一。在過去的十幾年中,隨著輕巧、緊凄的高頻開關(guān)整流器模塊的出現(xiàn),直流供電系統(tǒng)的模塊式結(jié)構(gòu)變得非常容易實現(xiàn),可方便地組成各種不同功率等級的電源系統(tǒng),從幾十安培一直到幾千安培或更大。這種模塊式結(jié)構(gòu)除了具有很強的適應(yīng)性外,還有一些很重要的優(yōu)點如:系統(tǒng)初始投資少、擴容非常方便、安裝運輸方便、冗余方式工作額外投入很少、維護快捷方便等。 目前絕大多數(shù)通信電源廠家均采用模塊化設(shè)計,并已形成系列化,其單體整流器模塊電流多數(shù)為5A,10A,30A,50A,1OOA,200A 等。而在通訊領(lǐng)域包括移動通訊等大量使用的整流器模塊為30A、50A、100A 三個品種,可組成150A、30M、600A、1OO0A 等各類功率等級的直流電源系統(tǒng),主要供電子大型電話局、移動通訊基站等。
智能化是現(xiàn)代通信系統(tǒng)對其基礎(chǔ)供電電源高標準要求的必然結(jié)果,是新型單片機技術(shù)在開關(guān)電源領(lǐng)域應(yīng)用的wm體現(xiàn)。為滿足通信系統(tǒng)各種場合、各種條件的用電需要,保證電源系統(tǒng)的{zj0}工作狀態(tài),需對電源系統(tǒng)進行有效的監(jiān)視、全面的控制及完善的告警及保護;為達到系統(tǒng)安裝、維護的簡便性,需使高頻開關(guān)整流器具有如帶電插拔(HOTPLUG,IN)、參數(shù)自動設(shè)置及更正等“傻瓜型”功能;同時為減少電源系統(tǒng)的故障檢修時間,減小長期維護的人力和費用,并提高系統(tǒng)的可靠性,需對電源系統(tǒng)進行遠距離“遙控、遙測、遙信”(“三遙”),方便地實施系統(tǒng)故障檢測、故障診斷和故障隔離。所有這些要求都是要建立在單片機技術(shù)的基礎(chǔ)上而得以全面滿足,并最終達到一種高度智能化的目的。目前多數(shù)通信電源廠家已成功地將單片機技術(shù)應(yīng)用于高頻開關(guān)整流器模塊及監(jiān)控模塊之中,并通過RS232、RS422 等標準通訊口及MODEM 等與微型計算機連接起來,實現(xiàn)“三遙”功能,并最終通過公用電話網(wǎng)或通信專網(wǎng)將不同區(qū)域內(nèi)甚至是世界范圍的電源系統(tǒng)連接起來,實施大面積集中監(jiān)控,滿足了現(xiàn)代通訊系統(tǒng)的高標準、高可靠的要求,達到了智能化的目的。
各電源廠家都已經(jīng)或正在為自己的產(chǎn)品滿足這些標準的要求做準備,以實現(xiàn)產(chǎn)品的“綠色化”。同時為使開關(guān)電源產(chǎn)品安全性能更高,避免對使用人、物及環(huán)境造成安全事故,杜絕各種安全隱患,國外、國內(nèi)都制定了相應(yīng)安全標準,實施了各種安全認證,如歐洲有“CE”標志認證,中國有“長城”標志認證等。所謂“標準”化是指開關(guān)電源要滿足或必須滿足越來越多、越來越嚴的各種國內(nèi)及國際的標準的要求。目前高頻開關(guān)整流器產(chǎn)品在設(shè)計時需滿足的標準,除自身規(guī)范要求外,主要有電磁兼容標準和安全標準兩種。為改善供電電網(wǎng)質(zhì)量,同時也提高開關(guān)電源本身適應(yīng)環(huán)境的能力,國際上有關(guān)組織及國內(nèi)相關(guān)部門都積極制定了各種電磁兼容標準,預(yù)計在不久的將來將對相關(guān)產(chǎn)品強制執(zhí)行。“標準”化是產(chǎn)品質(zhì)量改善及國際化發(fā)展趨勢的需要。目前在高頻開關(guān)整流器產(chǎn)品范圍內(nèi)國外設(shè)計的產(chǎn)品“標準”化工作要好于國向自行設(shè)計的產(chǎn)品,這主要與國內(nèi)“標準”化工作基礎(chǔ)較差、標準意識不強、檢測手段不完善等有關(guān)。但可以看到,隨著國內(nèi)生活環(huán)境的極大改善,市場競爭的日趨激烈,國人安全意識的提高等,國內(nèi)有關(guān)部門及各生產(chǎn)廠家都越來越重視產(chǎn)品的“標準”化設(shè)計工作,以期明顯提高產(chǎn)品的國際競爭力,同時改善人們的生存環(huán)境。