通信电源设计前景
前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇通信电源设计前景范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。
通信电源设计前景范文第1篇
【关键词】变电站；交直流一体化电源；通信电源
Abstract： This paper analyzes the status of electric system and the existing problems of conventional substation， and puts forward the station with AC and DC integrated powe r supply scheme. Through the detailed work on the integrated power supplyprinciple and the hierarchical structure， and combining the practical application， discusses the superiority of the integrated power supply.
Key words：Substation，integrated AC/DC power supply ，communication power
引言
智能变电站一体化电源系统，是借鉴电力用直流、交流一体化不间断电源系统核心思想，针对智能变电站的特点而开发的一体化电源产品解决方案。现有站用电源系统在资源整合、自动化水平、运行管理模式等方面都还存在着很大的优化提升空间；而交直流一体化电源系统以其结构紧凑、智能经济等优势具有广范的应用与蓬勃发展前景。
1.传统站用电源存在的问题分析
变电站站用电源可分为交流配电、直流配电、UPS/逆变电源和通信电源系统等4大类电源系统，每个系统采用不同方案设计，单独装配组屏。随着时代科技的发展，因资源配置不合理所引起的问题日益突出：1）现代化程度不高。2）资源配置浪费。3）维护、售后服务困难。
2.站用交直流一体化电源的优势特点
站用交直流一体化电源系统，它的优势和特点主要通过与传统站用电源的对比中得以呈现。它的特点主要表现在以下几个方面：
1）资源优化，分配合理
交流不间断电源、通信电源都取消了各自所配备的蓄电池组，并与直流电源共用同一组蓄电池，减少了组屏屏柜的数量，降低了蓄电池前期投入和后期维护的费用，大大节约了变电站内占地空间和设备投入成本。
2）现代化管理，高效可靠
站用电源采用一体化设计方案，可以对各个子电源系统实现实时在线监控和统一管理，减少了系统作业流程，优化了人力资源的调配。高度集成的一体化监控平台可以对用电系统的运行状态进行实时监测，并通过通信传至后台。后台值班人员可通过实时和历史数据的对比分析，对站内系统运行情况作性能分析，以确保站用电源系统安全可靠运行。
3）售后维护方便
由同一个设备成套厂家设计、生产一整套站用电源，现场安装、调试过程中消除了原本需与其他厂家协调沟通的环节，提高的设备开通运行效率。后期设备运行如有出现故障，都有该厂家提供技术支持和售后维护，责任明确，服务方便。
3.变电站交直流一体化电源的设计方案
交直流一体化电源系统采用分体式架构，将站用交流不间断电源/电力专用逆变电源、直流操作电源、服务等，通过网络通信，设计方案优化，实现变电站站用电源的集中供电和统一监控管理，进而实现在线状态的实时检测。
1）站用交流电源
站用交流电源主要由交流进线、交流馈线、电量测量和交流电监控4个单元组成，配有ATS转换开关可以实现两路交流进线电源的自动切换，从而确保了交流输出分配和一体化电源长期稳定运行。
2）直流操作电源
直流操作电源是一体化电源的核心，主要由整流单元，蓄电池单元，直流馈线单元。
3）交流不间断电源
交流不间断电源，主要包括UPS和INV两类不间断电源。其中UPS主要为变电站内计算机监控、打印机等对电源质量要求很高的重要负荷供电；而INV逆变电源主要为变电站内事故照明等对电源的质量要求不高的负荷供电。
4）DC/DC通信整流电源
与传统通信电源有所不同，DC/DC通信电源采用DC220/110V直流母线电源作为通信整流模块的输入电源，并与直流电源共用一套蓄电池组，整理模块也采用N+1冗余模式，且采用硬件自主均流技术，为变电站内交换机等通信设备提供可靠的直流工作电源。
5）一体化监控系统
一体化监控模块存储整个站用电源数据，通过一个RJ45口以IEC-61850规约与后台连接，也可通过RS232/485口与后台连接，能完成站用电源四遥功能。一体化监控模块故障不影响电源其他智能模块运行。
4.变电站交直流一体化电源实例应用
长乐110KV桃坑变电站站用一体化电源经调试正常已投入运行，就以此为例简单论述一体化电源的配置方案。
方案设计：站用两路交流电分别引自不同变压器下的低压母线，经两台ATS自动切换为相应交流负荷供电。通信电源和UPS不间断电源直流进线都取至直流主母线，并与直流共用一组蓄电池。
屏柜配置：本项目总共配置11面屏柜，与常规屏柜配置方案相比减少了3个屏柜。组屏方案如下：
监控通信：本系统中设置一个一体化直流总监控和绝缘巡检、通信电源、交流电源，UPS电源4个子监控。4个子监控各自对自己的单元的功能运行进行实时监测，并能及时采集数据和反馈电信号给总监控。一体化总监控也可以对各个子监控做相应配置和参数的修改，并能通过RS485/RS232或者以太网口与后台通信，为后台值班人员更好地掌握现场一体化电源运行情况提供了便利。
5.结语
变电站交直流一体化电源系统是现有变电站占用电源设计和管理模式的创新和发展。近几年随着数字化变电站相继建设投产及全国智能变电站试点项目的建设，交直流一体化电源系统正在逐步替代传统站用电源系统的建设和管理模式，其技术先进、维护方便、运行安全可靠，具有良好的经济效益和社会效益。不管是现在还是将来，都会得到广泛的推广和应用，具有良好的发展前景。
参考文献
[1]杨秋梅.变电站交直流一体化电源[J].电源世界，2014.
[2]王炳林.变电站交直流一体化电源系统设计与应用[J].冶金动力，2013.
作者简介
通信电源设计前景范文第2篇
1996年，没被多次高考打败的朱国锭白手起家，在杭州租了两间楼房，开始了自己的创业之路。值得一提的是，创业成功的朱国锭在管理上却避开了家族色彩。经过16年的打拼，中恒电气已经成为一家集电力电子科研开发、生产经营、服务为一体的省级民营高新技术企业。
2011年5月一见如故的朱国锭和陈志云两个人经过一个半小时的倾心长谈之后，双方便互相做了决定。现任中恒电气财务总监的陈志云透露，当初自己选择中恒电气看重的不是企业的规模，而是企业管理层是否简单，有无复杂的裙带关系和企业政治。
专注研发
从熟悉的移动通讯设备为起点，朱国锭闯入了极具潜力的电子电源高科技领域。令人意想不到的是，中恒电气开业第一年，销售达到7000多万元，1998年30多人的企业创造了1.6亿元的销售业绩！中恒电气由此抓住先机，侧重于专业研发、生产程控交换机前端设备——高频开关电源。通过持续的自主研发，如今中恒电气已掌握了高频开关电源系统的核心技术，成为国内少数几家能满足客户个性化需求、提供成套电源系统产品及综合解决方案的企业之一。
凭着技术的精湛步入省级高新企业的行列，在中恒电气看来，仅仅是迈开了微小的一步。爱默生、施耐德、台达电子等电源跨国巨头作为电源行业的标杆企业，在中国市场领域处于绝对领先地位，其知名度、规模、资本和技术实力以及品质控制能力都远超国内电源企业，仅2009年爱默生在中国通信电源市场就获得了 29.45%的市场份额。我国开关电源电子产业与国外发达国家的差距不仅表现在国内从事高频开关电源系统技术人才匮乏，加上科技投入不足，使得创新能力不高，新产品推出速度缓慢。目前国内从事生产和经营通信电源系统的有300多家企业，而真正具有竞争力的企业不过十几家。而中恒电气虽然从1997年起就开拓国内通信电源市场，成为中国电信、中国移动通信的电源供应商，但所占市场份额并非尽如人意。2005年中恒电气成立省级高频开关电源研发中心，经过六年抗战，终于研制出开拓市场的利器。2011年11月中恒电气240V直流供电通信系统被列为国家重点新产品。电子电源行业是中国电子信息产业中重要的组成部分，也是属于国际竞争力的细分行业，即使在全球金融危机冲击下的2009年，全行业产值仍然达到1061亿元，保持5%以上的增长率。中国电源学会及ICTresearch预测， 2015年中国电源产业产值将达到2156亿元，2011~2015年年均复合增长13.39%。陈志云由此对中恒电气的前景十分看好。
2011年10月20日中恒电气与中国移动签署了8000万元开关电源供货合同；2011年年底中国电信对高压直流供电系统（HVDC）共采购30套系统,结果中恒电气中标70%；在中国电信正在使用的279套HVDC系统中，中恒电气占有其中25%的市场份额，继爱默生和台达之后在国内排名第三。“根据对HVDC系统的测试以及用户的反馈，HVDC与UPS相比在初始设备投资上也有所降低，并且在运行能耗上下降约25%左右，同时在使用过程中也有更高的安全可靠性，这些优势已经得到中国电信的充分认同。本产品我们几乎和爱默生站在了同一起跑线上，目前能够生产HVDC产品的通信企业只有爱默生、中达电通和中恒电气等几家，我们希望加大销售力度，做大、做深、做强，同时加强在金融、保险、政府等部门的宣传和推广力度，探索新的客户群，延长产品线，在通信用户中拓展高压直流远供电源等新的产品，为公司寻找新的利润增长点。借此契机来扩大自身销售规模，提高在通信电源系统行业的市场份额。”身兼中恒电气董秘的陈志云表示，“与外资企业站在同一起跑线上，这是公司长期专注电力电子领域、做精做强高频开关电源系统、不断创新的结果，也是未来中恒电气长期坚持下去的方向之一，现在公司的研发投入占比为5.89%，今后我们还要加大研发投入，才能独树一帜。”
2012年7月26日，中恒电气通过了《关于使用部分募集资金建设研发中心的议案》，建设项目完成后可有效解决公司现有研发、测试场地不足的现状，为中恒电气成为国内一流的电力电子产品供应商和服务商应用商业模式的输出基地奠定基础。自2010年3月5日中恒电气在深圳证券交易所正式挂牌上市之后，对于如何用好募集资金，中恒电气一直目标明确且始终力求不偏不倚。“加强企业研发中心建设是提升企业技术创新能力的关键环节和重要内容，也是企业自我发展、提高竞争力的内在需求和参与市场竞争的必然选择。多年来，公司坚持创新，依靠科技力量保持持续发展，使用募集资金加大研发投入，新建研发中心也是我们提升核心竞争力的必然选择。”陈志云直言。
对于研发的坚持也让中恒电气的品牌含金量日益增值。2012年中恒电气上半年年报，公司实现营业收入1.43亿元，同比增长12.08%；实现净利润2142万元，同比增长6.06%。
整合致胜
2012年5月18日，停牌了将近一个月的中恒电气掀开了其重组面纱，一方面向包括大股东在内的八名特定投资对象发行股份购买其合计持有的中恒博瑞100%股权；另一方面拟向不超过10名其他特定投资者发行股份募集配套不超过9500万元的资金，用于支持中恒博瑞主营业务发展。根据评估报告，截至2011年12月31日，中恒博瑞的净资产账面价值为1.1亿元，收益法下的评估值为3.8亿元，增值2.7亿元，增值率245.08%。
中恒博瑞是电力软件领军企业，在电力专业分析计算、电力生产信息管理系统和智能变电站及智能充电站软件领域拥有较大的竞争优势。自2008年以来，公司介入电动汽车充电站领域，目前已掌握交流充电桩、充电机等设备的生产技术，中恒博瑞正在大力发展智能变电站及智能充电站应用软件业务。本次交易完成后，中恒博瑞智能充电站应用软件与公司智能充电站产品将会更为优化组合，为客户提供更加全面和个性化的产品和解决方案。
通信电源设计前景范文第3篇
当前,电力电子作为节能、节才、自动化、智能化、机电一体化的基础,正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来,电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用,实现高效率和高品质用电相结合。
1.电力电子技术的发展
现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。
1.1整流器时代
大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。
1.2逆变器时代
七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。
1.3变频器时代
进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。
2.现代电力电子的应用领域
2.1计算机高效率绿色电源
高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。
计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日“能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。
2.2通信用高频开关电源
通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。
因通信设备中所用集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、方便维护,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。
2.3直流-直流(DC/DC)变换器
DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源),同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。
通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。
2.4不间断电源(UPS)
不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。
现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以降低,而效率和可靠性得以提高。微处理器软硬件技术的引入,可以实现对UPS的智能化管理,进行远程维护和远程诊断。
目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速,已经有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。
2.5变频器电源
变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器,将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。
国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日本东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其占有率已达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成。变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略,精选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。
2.6高频逆变式整流焊机电源
高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。
逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流,IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合,整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。
由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中,因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题,也是用户最关心的问题。采用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器,通过对多参数、多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做出调整和处理,解决了目前大功率IGBT逆变电源可靠性。
国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A,负载持续率60%,全载电压60~75V,电流调节范围5~300A,重量29kg。
2.7大功率开关型高压直流电源
大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。
自从70年代开始,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。
国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频率为25.6kHz。
2.8电力有源滤波器
传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓“电力公害”,例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。
电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源的区别是:(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流;(2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。
2.9分布式开关电源供电系统
分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用最新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。
八十年代初期,对分布式高频开关电源系统的研究基本集中在变换器并联技术的研究上。八十年代中后期,随着高频功率变换技术的迅述发展，各种变换器拓扑结构相继出现,结合大规模集成电路和功率元器件技术,使中小功率装置的集成成为可能,从而迅速地推动了分布式高频开关电源系统研究的展开。自八十年代后期开始,这一方向已成为国际电力电子学界的研究热点,论文数量逐年增加，应用领域不断扩大。
分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。
3.高频开关电源的发展趋势
在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。
3.1高频化
理论分析和实践经验表明,电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz提高到20kHz,提高400倍的话,用电设备的体积重量大体下降至工频设计的5~l0%。无论是逆变式整流焊机,还是通讯电源用的开关式整流器,都是基于这一原理。同样,传统“整流行业”的电镀、电解、电加工、充电、浮充电、电力合闸用等各种直流电源也可以根据这一原理进行改造,成为“开关变换类电源”,其主要材料可以节约90%或更高,还可节电30%或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高,促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化,带来显著节能、节水、节约材料的经济效益,更可体现技术含量的价值。
3.2模块化
模块化有两方面的含义,其一是指功率器件的模块化,其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块,含有一单元、两单元、六单元直至七单元,包括开关器件和与之反并联的续流二极管,实质上都属于“标准”功率模块(SPM)。近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了“智能化”功率模块(IPM),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。实际上,由于频率的不断提高,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了“用户专用”功率模块(ASPM),它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件之间不再有传统的引线连接,这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计,达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路(ASIC)。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片,再把整个模块固定在相应的散热器上,就构成一台新型的开关电源装置。由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。另外,大功率的开关电源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考虑,一般采用多个独立的模块单元并联工作,采用均流技术,所有模块共同分担负载电流,一旦其中某个模块失效,其它模块再平均分担负载电流。这样,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情况下满足了大电流输出的要求,而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块,极大的提高系统可靠性,即使万一出现单模块故障,也不会影响系统的正常工作,而且为修复提供充分的时间。
3.3数字化
在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代,电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要,数字信号处理技术日趋完善成熟,显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调,也便于自诊断、容错等技术的植入。所以,在八、九十年代,对于各类电路和系统的设计来说,模拟技术还是有用的,特别是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC)问题以及功率因数修正(PFC)等问题的解决,离不开模拟技术的知识,但是对于智能化的开关电源,需要用计算机控制时,数字化技术就离不开了。
3.4绿色化
电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电,这意味着发电容量的节约,而发电是造成环境污染的重要原因,所以节电就可以减少对环境的污染;其次这些电源不能(或少)对电网产生污染,国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列标准,如IEC555、IEC917、IECl000等。事实上,许多功率电子节电设备,往往会变成对电网的污染源:向电网注入严重的高次谐波电流,使总功率因数下降,使电网电压耦合许多毛刺尖峰,甚至出现缺角和畸变。20世纪末,各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生,有了多种修正功率因数的方法。这些为2l世纪批量生产各种绿色开关电源产品奠定了基础。
通信电源设计前景范文第4篇
关键词：电力电子技术；开关电源
现代电源技术是应用电力电子半导体器件,综合自动控制、计算机(微处理器)技术和电磁技术的多学科边缘交又技术。在各种高质量、高效、高可靠性的电源中起关键作用,是现代电力电子技术的具体应用。
当前,电力电子作为节能、节才、自动化、智能化、机电一体化的基础,正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来,电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用,实现高效率和高品质用电相结合。
1.电力电子技术的发展
现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。
1.1整流器时代
大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。
1.2逆变器时代
七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。
1.3变频器时代
进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。
2.现代电力电子的应用领域
2.1计算机高效率绿色电源
高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。
计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日"能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。
2.2通信用高频开关电源
通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。
因通信设备中所用集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、方便维护,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。
2.3直流-直流(DC/DC)变换器
DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源),同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。
通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。
2.4不间断电源(UPS)
不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。
现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以降低,而效率和可靠性得以提高。微处理器软硬件技术的引入,可以实现对UPS的智能化管理,进行远程维护和远程诊断。目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速,已经有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。
2.5变频器电源
变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器,将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。
国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日本东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其占有率已达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成。变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略,精选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。
2.6高频逆变式整流焊机电源
高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。
逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流,IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合,整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。
由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中,因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题,也是用户最关心的问题。采用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器,通过对多参数、多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做出调整和处理,解决了目前大功率IGBT逆变电源可靠性。
国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A,负载持续率60%,全载电压60~75V,电流调节范围5~300A,重量29kg。
2.7大功率开关型高压直流电源
大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。
自从70年代开始,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。
国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频率为25.6kHz。
2.8电力有源滤波器
传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓"电力公害",例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。
电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源的区别是:(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流;(2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。
2.9分布式开关电源供电系统
分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用最新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。
八十年代初期,对分布式高频开关电源系统的研究基本集中在变换器并联技术的研究上。八十年代中后期,随着高频功率变换技术的迅述发展，各种变换器拓扑结构相继出现,结合大规模集成电路和功率元器件技术,使中小功率装置的集成成为可能,从而迅速地推动了分布式高频开关电源系统研究的展开。自八十年代后期开始,这一方向已成为国际电力电子学界的研究热点,论文数量逐年增加，应用领域不断扩大。
分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。
3.高频开关电源的发展趋势
在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。
3.1高频化
理论分析和实践经验表明,电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz提高到20kHz,提高400倍的话,用电设备的体积重量大体下降至工频设计的5~l0%。无论是逆变式整流焊机,还是通讯电源用的开关式整流器,都是基于这一原理。同样,传统"整流行业"的电镀、电解、电加工、充电、浮充电、电力合闸用等各种直流电源也可以根据这一原理进行改造,成为"开关变换类电源",其主要材料可以节约90%或更高,还可节电30%或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高,促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化,带来显著节能、节水、节约材料的经济效益,更可体现技术含量的价值。
3.2模块化
模块化有两方面的含义,其一是指功率器件的模块化,其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块,含有一单元、两单元、六单元直至七单元,包括开关器件和与之反并联的续流二极管,实质上都属于"标准"功率模块(SPM)。近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了"智能化"功率模块(IPM),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。实际上,由于频率的不断提高,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了"用户专用"功率模块(ASPM),它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件之间不再有传统的引线连接,这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计,达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路(ASIC)。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片,再把整个模块固定在相应的散热器上,就构成一台新型的开关电源装置。由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。这样,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情况下满足了大电流输出的要求,而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块,极大的提高系统可靠性,即使万一出现单模块故障,也不会影响系统的正常工作,而且为修复提供充分的时间。3.3数字化
在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代,电力电子技术拟电路基础上的。但是,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要,数字信号处理技术日趋完善成熟,显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调,也便于自诊断、容错等技术的植入。所以,在八、九十年代,对于各类电路和系统的设计来说,模拟技术还是有用的,特别是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC)问题以及功率因数修正(PFC)等问题的解决,离不开模拟技术的知识,但是对于智能化的开关电源,需要用计算机控制时,数字化技术就离不开了。
3.4绿色化
电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电,这意味着发电容量的节约,而发电是造成环境污染的重要原因,所以节电就可以减少对环境的污染;其次这些电源不能(或少)对电网产生污染,国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列标准,如IEC555、IEC917、IECl000等。事实上,许多功率电子节电设备,往往会变成对电网的污染源:向电网注入严重的高次谐波电流,使总功率因数下降,使电网电压耦合许多毛刺尖峰,甚至出现缺角和畸变。20世纪末,各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生,有了多种修正功率因数的方法。
总而言之,电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。这几年,随着通信行业的发展,以开关电源技术为核心的通信用开关电源,仅国内有20多亿人民币的市场需求,吸引了国内外一大批科技人员对其进行开发研究。开关电源代替线性电源和相控电源是大势所趋,因此,同样具有几十亿产值需求的电力操作电源系统的国内市场正在启动,并将很快发展起来。还有其它许多以开关电源技术为核心的专用电源、工业电源正在等待着人们去开发。
参考文献：
[1]林渭勋:浅谈半导体高频电力电子技术,电力电子技术选编,浙江大学,384-390,1992。
通信电源设计前景范文第5篇
从这么多年从事通信网络设计工作的经验中，笔者了解到传统的核心网络架构是相当复杂的，不仅一二级核心网络层次多，而且大量的网元导致网络复杂，整网能耗偏高。以笔者设计的机房为例：机房空间有限，服务器的能耗非常高，导致散热程度差，而且需要加装空调，再加上每年扩容的需要，交换机走线和设备布局的不合理，使机房无法实施更进一步的节能降耗措施。因此建立绿色核心网络势在必行。建立绿色核心网络首先应该优化核心网络架构，实行网络的扁平化管理，减少核心网中网元的数量，使核心设备上移，逐步使用集成度高，电信级别的平台代替传统的服务器，同时建立专业的机房散热管理方案，如采用自下而上的回风流方式提高冷风的利用率，尤其是在北方城市，这样就可以有效减少机房空调的使用。
笔者还要强调一下，在工程前期调研及初设阶段首先考虑选择拥有绿色基站技术的供应商和运营商，例如华为和Vodafone。他们拥有IP组网、分布式基站、先进功放、智能电源管理、多载频技术、统一架构等关键绿色技术。这样设计的基站稳定性、可靠性高，功耗能够得到进一步优化，而且更有利于网络的平稳升级。
二、充分利用软件技术降低能耗
除提高设计水平和利用硬件升级等手段降低能耗以外，充分利用软件技术实现节能降耗也越来越重要。随着软件技术的飞速发展，其应用领域也越来越广泛，大到网络转型，小到CPU超频。以笔者所在单位为例，通信网络转型的速度远远高于其他单位基础设施的更新换代，如果频繁地对网络转型，将造成大量在线设备的退网淘汰以及更多的资源消耗，那么利用软件技术提高现有网络设备的工作效率，从而降低能耗也是非常重要的手段。通过对上网用户在线时间的统计分析，全网在忙时和闲时网络负荷变换最大，那么就可以通过软件调整核心网络设备的主频，让它随网络负荷变化，在闲时自动将设备处理能力降低，减少电能的消耗。
三、提高空间利用率降低设备冗余度
随着通信产业的蓬勃发展，每年入网用户日益增多，基站和设备间能够利用的空间越来越小，设备密度也越来越大，电力消耗明显提高，因此采用高集成度或分布式设计方案来减少基站和设备间的空间占用，使用体积更小，重量更轻，支持端口更多的设备来有效降低设备冗余度，对于降低能耗也是重要的绿色手段。对于高端网络设备来讲，性能和功能无疑是最重要的，功耗降低会以性能的降低为代价。一般的情况下，为保证功能、性能、业务卡的数量和运行可靠，设备的功耗也会较大。这类设备数量较少，放置位置的环境情况也比较好。因此，在选择高端设备方面我们只是把功耗指标作为一个辅助的参考指标。
对于低端的网络产品，如数量巨大的接入层交换机，虽然他们的功能都很强大，但是我们实际应用时只会用到它的部分功能，完全可以通过牺牲一些我们不需要的性能来换取设备的功耗降低。现在有一些接入层交换机因为自身功耗小，已经实现了设备内部无风扇，这类产品就能很好地降低设备的功耗。对于低端网络设备来说，采购过程中会把功耗作为一个比较重要的指标来考虑
四、推崇绿色环保能源的使用
利用太阳能和风能等混合能源，可更好地保护环境，减少污染物排放。在有条件的地区充分利用太阳能、风能作为辅助能源，降低电能消耗，分解能源问题。在北方城市，利用季节明显，冬季日夜温差较大的特点，优化基站、核心机房、设备间的通风设计方案和温度控制方案，充分利用自然环境温度实现温控的目的，减少冷却系统和大功率空调的使用，降低能耗，建立更多能源使用的绿色通道，使能源利用率更高。
为了使通信产业向着更加绿色的方向发展，节能降耗势在必行，让我们共同努力，打造出更多的绿色通道，从技术上提高设备、能源的使用效率，减少不必要的损耗，以实际行动来保护环境，推动通信产业持续健康发展。
参考文献：
[1]梁文斌.通信机房节能降耗前景广阔[N].人民邮电,2008,03-06
[2]张炳华.通信局(站)电源系统节能降耗措施探讨[J].通信电源技术,2008,(06)
