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為通信電源系統(tǒng)選擇整流模塊要考慮很多因素。隨著通信市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，有必要選擇最優(yōu)的電源方案來滿足市場(chǎng)需要。仔細(xì)評(píng)估了所有運(yùn)行要求，例如模塊冷卻方式，輸入電壓范圍，運(yùn)行溫度范圍等多種因素對(duì)選擇電源系統(tǒng)方案的重要影響。 過去，大的壟斷性的電信公司常常選擇冗余量很大的系統(tǒng)方案。但是，隨著全球性市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，這種選擇方式是不可取的。為了優(yōu)化一個(gè)電源供電方案，有必要仔細(xì)考察許多相關(guān)因素，包括產(chǎn)品性能與價(jià)格問題，這樣才能以最經(jīng)濟(jì)的方式滿足最終用戶的要求。 各國(guó)在法律上不斷對(duì)產(chǎn)品的安全性和EMC提出新的要求，使得對(duì)電源的要求更加苛刻。因此，為用戶提供最優(yōu)方案是必要的，但足，為此從頭開始設(shè)計(jì)每一個(gè)系統(tǒng)卻是不可行的�？尚械氖鞘褂脴�(biāo)準(zhǔn)組什來配置系統(tǒng)。 整流模塊是電源的心臟，模塊選擇不當(dāng)，則很難提供最優(yōu)的電源系統(tǒng)配置。本文研究了與模塊有關(guān)的許多因素，并提供了選擇通信電源系統(tǒng)整流模塊的方法。本文涉及范圍僅限于單相O.2—6kW的整流模塊。但許多思路可應(yīng)用在其他電源上。 1 冷卻方式 1.1 風(fēng)冷和自冷的選擇 冷卻方式對(duì)整流模塊的選擇有非常大的影響。有些系統(tǒng)要求自然冷卻(簡(jiǎn)稱自冷)．有些則可以接受風(fēng)扇冷卻(簡(jiǎn)稱風(fēng)冷)。在同樣功率、同等條件下，風(fēng)冷和自冷模塊的最大區(qū)別在于外形大小及成本多少。大的西方電信公司傳統(tǒng)卜選擇自然冷卻，這樣叫得到較長(zhǎng)的產(chǎn)品壽命，明顯低的維護(hù)成本，電源的初始成本也不象現(xiàn)在這么貴(現(xiàn)在自冷的模塊很貴)。這樣，選擇冗余量很大的系統(tǒng)方案也可以接受，它可以更加安全地供電。 風(fēng)冷模塊在成本和尺寸上的優(yōu)勢(shì)被他的缺點(diǎn)所抵消(如噪音、灰塵、風(fēng)扇壽命和可靠性)，但實(shí)際上，這些缺點(diǎn)并不是最首要考慮的問題。一個(gè)外殼設(shè)計(jì)得很糟糕的白冷模塊的可靠性比采用風(fēng)冷的模塊要低得多，因?yàn)轱L(fēng)冷模塊的冷卻與外殼設(shè)計(jì)無關(guān)。另外，風(fēng)冷產(chǎn)品的關(guān)鍵——半導(dǎo)體器件比自冷系統(tǒng)溫升更低，因而更可靠。 要求設(shè)計(jì)壽命超過7年時(shí)，傳統(tǒng)上不采用風(fēng)扇。但是，如果允許定期更換風(fēng)扇，就有可能得到設(shè)計(jì)壽命更長(zhǎng)的風(fēng)冷系統(tǒng)。若風(fēng)冷整流模塊設(shè)計(jì)成具有風(fēng)扇性能監(jiān)測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)易于更換風(fēng)扇，則允許系統(tǒng)以低成本獲得高可靠性。20多年來對(duì)整流模塊既要經(jīng)濟(jì)、又要長(zhǎng)壽命的要求是風(fēng)冷產(chǎn)品得以生存的條件。 除了風(fēng)冷和自冷技術(shù)外，另外兩種技術(shù)即外部系統(tǒng)冷卻和輔助冷卻也越來越流行。 1.2外部系統(tǒng)冷卻 外部系統(tǒng)冷卻是指由中央冷卻裝置提供空氣流對(duì)整流模塊進(jìn)行冷卻。這可以得到高功率密度，且避免了模塊電源內(nèi)裝風(fēng)扇帶來的一微缺點(diǎn)。在0FM應(yīng)用中把電源系統(tǒng)集成到整個(gè)通信系統(tǒng)中去．會(huì)給供應(yīng)商帶來顯著益處。例如，中央冷卻裝置不僅給電源系統(tǒng)提供空氣流，而且也冷卻通信系統(tǒng)的其它部分．一個(gè)系統(tǒng)中只有一個(gè)中央冷卻裝置需要維護(hù)，當(dāng)中央冷卻裝置發(fā)生故障時(shí)電源仍能輸出能量(約為滿載時(shí)的60％) 1.3輔助風(fēng)冷 輔助風(fēng)冷是指模塊的冷卻是由間斷運(yùn)行的風(fēng)扇提供的。如果溫度過高或持續(xù)輸出大電流時(shí)，風(fēng)扇就會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)。采用這種方式可以獲得很高的系統(tǒng)集成度，但需要經(jīng)常讓風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)并定期檢測(cè)其性能。如果風(fēng)扇工作小正常，就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。該方法的好處如下： 1)在不更換的情況下，風(fēng)扇間斷運(yùn)轉(zhuǎn)使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)壽命比模塊內(nèi)強(qiáng)制風(fēng)冷要長(zhǎng)； 2)如果考慮冗余和電池充電，在正常情況下模塊內(nèi)的風(fēng)扇不運(yùn)轉(zhuǎn)； 3)由于風(fēng)扇間斷運(yùn)行，灰塵和噪音問題也大大緩解。 2 輸入電壓范圍的選擇 為特定的應(yīng)用場(chǎng)合選擇正確的輸入電壓范圍越來越重要。在英國(guó)，過去通常定義輸入電壓范圍在216～264V(即240V的基數(shù)卜有%26;#177;10％的波動(dòng))�，F(xiàn)在趨向采用適合于全世界的通用電壓范圍85～264v(或更寬)。在實(shí)際應(yīng)用中兩個(gè)極端值(85V和264v)都小是最合適的。 為了滿足對(duì)網(wǎng)側(cè)諧波的要求，開發(fā)了具有l(wèi)10V輸入功率因數(shù)校正電路的整流模塊，從而使產(chǎn)品具有全球通用的輸入電壓范圍。 選擇帶功率因數(shù)校正的、通用輸入的模塊無疑是正確的，但對(duì)于同定安裝來說，仔細(xì)選擇輸入電壓范圍會(huì)有很大好處。在寬電壓范圍內(nèi)要提供安全的性能將會(huì)給整流模塊帶來成本和尺寸上的顯著增加。這也會(huì)影響系統(tǒng)冷卻。實(shí)際應(yīng)用中整流模塊工作在85V輸入電壓時(shí)的損耗是230V時(shí)的2倍。 顯然，有時(shí)必須在寬電壓范圍內(nèi)提供完全的性能。但是在某砦場(chǎng)合，當(dāng)輸入電壓低于閾值時(shí)只要求在短時(shí)間內(nèi)提供完全性能，這樣就不需要處理散熱問題，從而顯著地降低了成本和縮小了體積。 如果系統(tǒng)工作在115V額定輸入電壓下，那么運(yùn)行在103 5v(即l15V—115v%26;#215;10％)時(shí)的損耗與運(yùn)行在85V時(shí)的損耗相差15％。 3 溫度范圍 通信設(shè)備的運(yùn)行溫度范圍是非常重要的參數(shù)。一些設(shè)備要求工作在室溫下，而另些設(shè)備要求工作在很寬的溫度范圍內(nèi)(如-40℃～+65℃)。仔細(xì)考慮溫度和散熱對(duì)于系統(tǒng)的可靠和有效運(yùn)行非常重要。如果實(shí)際要求電源系統(tǒng)工作在寬溫度范圍內(nèi)，顯然，保證系統(tǒng)中的所有元器件可靠地工作是很必要的。為達(dá)到這一目的并最大限度減少成本，應(yīng)仔細(xì)估算在兩個(gè)極端溫度點(diǎn)處是否需要達(dá)到完全的性能指標(biāo)，即在很低的溫度下完全達(dá)到常溫時(shí)的系統(tǒng)指標(biāo)是否必要？在很高的溫度時(shí)是否有必要提供最大的功率輸出?實(shí)際上，在極端溫度點(diǎn)處對(duì)模塊的要求越低，系統(tǒng)就可能越經(jīng)濟(jì)。 一些設(shè)備在很低的溫度F運(yùn)行時(shí)，如果有些特性可以降低要求，成本將顯著降低。要求電源系統(tǒng)在如此低的溫度下工作，往往是因?yàn)樵O(shè)備在冷天閑置段時(shí)間后需要可靠地起動(dòng)。實(shí)際上，系統(tǒng)在起動(dòng)一段時(shí)間以后由于自身發(fā)熱溫度會(huì)上升。放松在低溫時(shí)對(duì)非關(guān)鍵參數(shù)的要求(如輸出噪音、輔助特性)對(duì)降低模塊成本有好處。實(shí)際應(yīng)用中，如果規(guī)定模塊可以在最低溫度下起動(dòng)和在較高一些溫度下完全達(dá)到指標(biāo)地工作是很有好處的。 如果要求在高溫環(huán)境下工作，一般電源高于一定溫度值時(shí)其功率額定值會(huì)降低。即在溫升20℃時(shí)輸出功率減少30％。 這種對(duì)輸出能力的限制可解釋為在傳統(tǒng)電源系統(tǒng)的初期設(shè)計(jì)階段，負(fù)載要求電源在電壓控制模式下運(yùn)行；只有運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)才需要限流。當(dāng)電池處于高度充電狀態(tài)時(shí)，整流模塊的輸出須在恒壓下運(yùn)行；只有運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)才需要限流。但當(dāng)電池剛開始充電時(shí)，模塊需在恒流狀態(tài)下持續(xù)運(yùn)行一定的時(shí)間。如果采用溫度降額(即溫度升高額定功率降低)，必須同時(shí)減少限流點(diǎn)(保證在限流時(shí)安全運(yùn)行)以確保模塊在最差的環(huán)境溫度條件下其功率容量不會(huì)超出設(shè)計(jì)值。實(shí)際上要在高溫下運(yùn)行，整流模塊的限流點(diǎn)比在較低溫度條件下運(yùn)行時(shí)的限流點(diǎn)更低。 在實(shí)際應(yīng)用中，工作環(huán)境溫度會(huì)因氣候及系統(tǒng)的運(yùn)行條件的變化而變化。整流模塊一般不會(huì)在其指定的最高環(huán)境溫度條件下持續(xù)運(yùn)行相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間。如果模塊限制的溫度適當(dāng)，就能在大多數(shù)運(yùn)行情況下，只對(duì)模塊在最高環(huán)境溫度時(shí)的容量作限制，使電源系統(tǒng)的功率最大化(特別是當(dāng)模塊的輸入電壓偏向下限時(shí))。如果要限制模塊的輸出容量，以滿足在最高環(huán)境下能在正常的功 率范圍內(nèi)安全運(yùn)行，可在模塊內(nèi)安裝適合的溫度監(jiān)控系統(tǒng)，在較低溫的條件下可自動(dòng)提供更大的功率。 在具體應(yīng)用中有可能不允許經(jīng)常因?yàn)闇囟冗^高而降額輸出，但是如果仔細(xì)研究最高溫時(shí)的最低要求，就可以判斷是否可以采用這一功能。例如： 1)在最高運(yùn)行溫度時(shí)是否需要系統(tǒng)提供電池再充電電流？或是否可以接受更長(zhǎng)的再充電時(shí)間? 2)在最高環(huán)境溫度下系統(tǒng)的一些特性能否被抑制以減少最大電流的需要? 3)在最高環(huán)境溫度下系統(tǒng)冗余能否消除? 如果整流模塊的溫度與限流性能相關(guān)聯(lián)，那會(huì)帶來非常顯著的益處。這一特征可以和部分恒功率特性組合起來，這樣就可以盡可能地發(fā)揮它的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)要注意的是，在高溫時(shí)，帶溫度限流的模塊由于輸入電壓使得功率損耗變化，這樣，系統(tǒng)在標(biāo)稱電壓左右工作時(shí)比在晟低輸入電壓工作時(shí)，能提供更大的電流容量。 4 功能和信號(hào)的增加 最簡(jiǎn)單的整流模塊僅僅是給通信系統(tǒng)供電。但實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需要模塊能提供更多的報(bào)警信號(hào)或輔助功能。有時(shí)模塊只提供一路“輸出正�！被颉澳K失效”信號(hào)就夠了，但有時(shí)必須提供很復(fù)雜的信號(hào)，并在模塊上帶顯示。 設(shè)計(jì)靈活的整流模塊可根據(jù)用戶的需要而隨意改變和擴(kuò)充信弓，而不需要時(shí)電源的核心作變動(dòng)。這個(gè)辦法使只需要簡(jiǎn)單功能模塊的用戶不需要花錢購(gòu)買不必要的性能。 帶智能信號(hào)的模塊已越來越受歡迎，這使終端用戶更容易編程控制。同時(shí)也使摸塊更容易適應(yīng)不同用戶的要求。智能信號(hào)可幫助廠商降低成本，減少維修程序，也減少了劉勞動(dòng)力的需要。 在整流模塊中越來越普遍使用的信號(hào)是 1)輸出電流信號(hào)； 2)限流可編程； 3)強(qiáng)制均流； 4)電池溫度補(bǔ)償。 一個(gè)使電源系統(tǒng)簡(jiǎn)化的新功能是整流器內(nèi)置低壓斷開裝置。這一功能會(huì)在市電斷電一段時(shí)間后電池電壓低于閾值時(shí)發(fā)揮作用，這就防止了電池的永久性損壞。在較小的系統(tǒng)中，如由2個(gè)模塊并聯(lián)的(1+1)系統(tǒng)，每個(gè)模塊都內(nèi)置一個(gè)低壓斷開裝置便很理想，這會(huì)使系統(tǒng)特別簡(jiǎn)單，只有2個(gè)整流器，一個(gè)電池和一個(gè)電池保險(xiǎn)。如果足大量模塊并聯(lián)的系統(tǒng)，在每個(gè)模塊內(nèi)置低壓斷開裝置則很不實(shí)際，這時(shí)選用系統(tǒng)解決辦法更合適。 5 結(jié)語 許多相互關(guān)聯(lián)的兇素會(huì)影響對(duì)通信用整流模塊的選擇。如果在最壞故障條件下設(shè)定整流器的技術(shù)指標(biāo)，系統(tǒng)將具有比實(shí)際需要更大的容量。 冷卻方式的選擇會(huì)影響整流器的物理尺寸，最高達(dá)2.5倍． 模塊內(nèi)的功耗會(huì)隨著輸入電壓的下降而明顯增加，因此，優(yōu)化配置系統(tǒng)時(shí)認(rèn)真設(shè)定輸入電壓的技術(shù)指標(biāo)非常重要。 靈活分析限流特性溫度以確保在高溫條件下提供足夠的容量。 整流模塊內(nèi)的功能增強(qiáng)在很大程度上簡(jiǎn)化了電源系統(tǒng)，并使系統(tǒng)維修簡(jiǎn)易。 總之，影響優(yōu)化選擇通信電源系統(tǒng)整流模塊的因素很多(比文中提到的更多)。要優(yōu)化配置一個(gè)電源，就必須全面了解整個(gè)系統(tǒng)。 |
