華為通信電源技術基礎培訓

華為培訓課程LA000004

通信電源技術基礎

ISSUE1.0

華為技術

目錄

課程講明1

課程介紹1

培訓目標1

參考資料1

第1章通信電源系統概述2

1.1通信設備對電源系統的差不多要求2

1.1.1通信設備對電源的一樣要求2

1.1.2現代通信對電源系統的新要求3

1.2通信電源系統的構成5

1.2.1交流供電系統5

1.2.2直流供電系統6

123接地系統7

L3現代通信電源8

131開關電源成為現代通訊網的主導電源8

132促成開關電源占據主導地位的關鍵技術9

小結11

摸索題11

第2章開關電源產品基礎13

2.1線性電源、相控電源與開關電源13

2.1.1線性穩壓電源13

2.1.2開關型穩壓電源14

2.2高頻開關電源的差不多原理16

2.2.1開關電源的差不多電路結構16

2.3安圣HD系列開關整流器原理17

2.3.2典型電路工作原理17

2.4電源配電技術18

2.4.1交流配電部分18

2.4.2直流配電部分19

2.5PS系列電源簡介20

2.5.1安圣公司PS系列電源20

2.5.2PS系列通信電源產品21

小結21

摸索題21

第3章電源監控系統23

3.1電源監控系統的作用及特點23

3.1.1安圣PS系列電源監控系統要緊類不24

3.2集散式監控系統的組織結構及監控量24

3.2.2遙測量25

3.2.3遙信量25

3.2.4遙控量25

3.2.5遙調量25

3.3基礎監控單元25

3.3.1整流模塊的監控單元25

3.3.2直流配電的監控單元26

3.3.3交流配電的監控單元26

小結27

摸索題27

第4章電池產品技術及愛護28

4.1電池的規格及要緊參數28

4.1.1電池規格及結構參數（GFM系列）28

4.2電池結構及工作原理29

4.2.1產品結構圖29

4.2.2工作原理30

4.3電池技術特性30

4.3.1放電特性30

4.3.2充電特性31

4.3.3蓄電池貯存環境溫度、貯存時刻與容量關系31

4.3.4壽命特性32

4.3.5電池的使用33

4.3.6蓄電池的愛護35

4.3.7蓄電池的更換36

4.4蓄電池正確使用36

4.4.1蓄電池容量的選擇36

4.4.2蓄電池組的組成運算37

4.4.3延長蓄電池的使用壽命38

小結40

摸索題40

第5章電源工程設計參考44

5.1電源系統容量配置參考44

5.1.1概述44

5.1.2電池容量運算44

5.1.3系統配置運算44

5.2交直流供電系統電力線的選配45

5.2.1交流供電回路的配線設計45

522交流回路電力線的敷設47

5.2.3直流供電回路電力線的組成47

5.2.4固定壓降分配法49

小結51

摸索題51

第6章通信電源安全防護52

6.1工程與愛護安全事項52

6.1.1概述52

6.1.2電氣安全52

6.1.3電池54

6.1.4高空作業54

6.1.5微波55

6.1.6激光55

6.1.7其他55

6.2電源設備接地系統56

6.2.1接地的必要性56

6.2.2接地系統的組成57

6.2.3接地系統的作用58

624接地系統的分類60

6.2.5接地系統的電阻和土壤的電阻率63

6.3雷電與通信電源安全防護67

6.3.1雷電的產生67

6.3.2雷電參數67

6.3.3雷擊種類68

634我國雷暴活動的特點68

6.3.5通信電源的防雷71

6.3.6通信電源動力環境的防雷71

6.3.7PS通信電源的防雷73

6.3.8接地75

6.3.9防雷器非正常損壞的一些因素76

小結77

摸索題77

第7章電源設備愛護差不多要求78

7.1概述78

7.2愛護檔案資料78

7.2.1電源室必須的技術資料清單電源室技術資料清單78

7.2.2電源室記錄文件79

7.3愛護工具與設備83

7.4愛護參考技術標準85

7.5日常愛護項目86

7.5.1機房環境與消防設備愛護86

7.5.2接地系統與過壓防護設備愛護87

7.5.3電源交流供電檢查87

7.5.4密封電池的愛護88

755開關電源設備愛護89

7.6機房治理90

7.6.1機房治理的一樣要求90

7.6.2外表工具的治理91

7.6.3愛護備品備件和材料的治理91

7.7愛護操作92

7.7.1日常愛護92

7.7.2巡檢92

小結96

摸索題96

第8章UPS技術97

8.1概述97

8.1.1背景97

8.1.2名詞術語97

8.2UPS基礎知識99

8.2.1什么是UPS99

822UPS分類99

8.2.3UPS冗余備份103

824UPS中的蓄電池104

825UPS的電池治理104

826UPS的監控105

8.3逆變器基礎知識105

8.3.1原理105

832冗余式逆變器原理105

8.3.3逆變器串聯熱備份106

8.3.4使用注意事項106

8.4UPS/逆變器選型指導107

8.4.1選型差不多原則107

8.4.2UPS/逆變器選型109

8.4.3選型CHECKLIST111

8.4.4UPS/逆變器使用環境112

8.5UPS/逆變器常見咨詢題解答112

8.6產品展現115

8.6.1艾默生產品系列115

8.6.2Liebert產品115

8.6.3APC產品115

864SANTAK產品116

8.6.5逆變器產品117

小結117

摸索題117

課程講明

課程介紹

本課程通過對通信電源網絡結構及差不多配置的介紹，配合例題及防

護的案例講解，引導學員了解并把握通信電源的差不多知識及差不多愛護

方法。

培訓目標

學完本課程后，學員能夠：

了解通信電源在通信網絡中的種類及地位

把握交直流電源的配置

把握通信電源中各模塊的差不多功能

把握通信電源的差不多防護方法

參考資料

朱雄世，人民郵電出版社，新型電信電源系統與設備

陳漢洲，安圣電氣有限公司，《通信電源產品用戶培訓手冊第一分

冊?通信電源基礎》

電力電子技術有關設計書籍

通信電源系統概述

作為通信系統的''心臟"，通信電源在通信局（站）中具有無可比擬的

重要地位。它包含的內容專門廣泛，不僅包含48V直流組合通信電源系統,

而且還包括DC/DC二次模塊電源，UPS不間斷電源和通信用蓄電池等。通

信電源的核心差不多一致，差不多上以功率電子為基礎，通過穩固的操縱

環設計，再加上必要的外部監控，最終實現能量的轉換和過程的監控。通

信設備需要電源設備提供直流供電。電源的安全、可靠是保證通信系統正

常運行的重要條件。

通信設備對電源系統的差不多要求

通信設備對電源的一樣要求

可靠性高：

一樣的通信設備發生故障阻礙面較小，是局部性的。如果電源系統發

生直流供電中斷故障，則阻礙幾乎是災難性的，往往會造成整個電信局、

通信樞紐的全部通信中斷。關于數字通信設備，電源電壓即使有瞬時的中

斷也不承諾。因為在數字程控交換局中，信息存在儲備單元中，盡管重要

的儲備單元差不多上雙重設置的，若電源中斷，兩套并行工作的儲備器同

時丟失信息，則信息需從磁帶、軟盤等重新輸入程序軟件，通信將長時刻

中斷。因此，通信電源系統要在各個環節多重備份，保證供電可靠。這就

包括“多路、多種、多套”的備用電源。在暫還沒有條件達到“三多”配

置的地點，至少應有后備電池。

穩固性高：

各種通信設備都有要求電源電壓穩固，不承諾超過容許的變化范疇，

專門是運算機操縱的通信設備，數字電路工作速度高，頻帶寬，對電壓波

動、雜音電壓、瞬變電壓等專門敏銳。因此，供電系統必須有專門高的穩

固性。

效率高：

能源是寶貴的，電信設備在耗費巨資完成設備投資后，日常的費用支

出中，電費是一筆比重專門大的開支。專門隨著通信容量的增大，一個母

局的各種設備用上百、上千安培直流的用電量已是司空見慣，這時效率咨

詢題就專門突出。這就要求電源設備（要緊指整流電源）應有較高轉換效

率，即要求電源設備的自耗要小。

現代通信對電源系統的新要求

低壓、大電流，多組供電電壓需求

低壓、大電流，多組供電電壓需求，功率密度大幅度提升，供電方案

和電源應用方案設計出現出的多樣性。

模塊化：自由組合擴容互為備用

提升安全系數，模塊化有兩方面的含義，其一是指功率器件的模塊化,

其二是指電源單元的模塊化。實際上，由于頻率的持續提升，致使引線寄

生電感、寄生電容的阻礙愈加嚴峻，對器件造成更大的應力（表現為過電

壓、過電流毛刺）。為了提升系統的可靠性，而把有關的部分做成模塊。把

開關器件的驅動、愛護電路也裝到功率模塊中去，構成了“智能化”功率

模塊（IPM）,這既縮小了整機的體積，又方便了整機設計和制造。

多個獨立的模塊單元并聯工作，采納均流技術，所有模塊共同分擔負

載電流，一旦其中某個模塊失效，其它模塊再平均分擔負載電流。如此，

不但提升了功率容量，在器件容量有限的情形下滿足了大電流輸出的要求,

而且通過增加相對整個系統來講功率專門小的冗余電源模塊，便極大地提

升了系統可靠性，即使萬一顯現單模塊故障，也可不能阻礙系統的正常工

作，而且為修復提供了充分的時刻。

現代電信要求高頻開關電源采納分立式的模塊結構，以便于持續擴容、

分段投資，并降低備份成本。不能象適應上采納的1+1的全備用（備份了1

00%的負載電流），而是要按照容量選擇模塊數N,配置N+1個模塊（即只

備份了1/N的負載電流）即可。

能實現集中監控：

現代電信運維體制要求動力機房的愛護工作通過遠程監測與操縱來完

成。這就要求電源自身具有監控功能，并配有標準接通訊接口，以便與后

臺運算機或與遠程愛護中心通過傳輸網絡進行通信，交換數據，實現集中

監控。從而提升愛護的及時性，減小愛護工作量和人力投入，提升愛護工

作的效率。

自動化、智能化：

要求電源能進行電池自動治理，故障自診斷，故障自動報警等，自備

發電機應能自動開啟和自動關閉。

小型化：

現在各種通信設備的日益集成化、小型化，這就要求電源設備也相應

的小型化，作為后備電源的蓄電池也應向免愛護、全密封、小型化方面進

展，以便將電源、蓄電池隨小型通信設備布置在同一個機房，而不需要專

門的電池室。

變換器

新的供電方式::I-DC/DC4號梵，牛

受豐財小普塔供電方分與可能寓存*機房分散供電，設備專

門集中淞鶻后建對研電曝獨D雨C/DC八*，

性遙封大樓可采納分層供電（即

—DC/DCI-*^

分層集中供電）。

AC/DC

集中供電和分點，因條件斟酌選用。

-1是傳統西配塞藕圖:

機架電源

集中供電系統

關于集中供電，電力室的配置包括交流配電設備、整流器、直流配電

設備、蓄電池。各機房從電力室直截了當獲得直流電壓和其它設備、外表

所使用的交流電壓。這種配置有它的優點，例如集中電源于一室，便于專

人治理。蓄電池可不能污染機房等。但它有一個致命的缺點，即白費電能,

傳輸損耗大，線纜投資大。因為直流配電后的大容量直流電流由電力室傳

輸到各機房，傳輸線的微小電阻也會造成專門大的壓降和功率損耗。

關于分散供電，電力室成為單純交流配電的部分，而將整流器、直流

配電和蓄電池組分散裝于各機房內。如此，將整流器、直流配電、電池化

整為零，使它們能夠小型化，相對的小容量。但那個地點有個先決條件，

蓄電池必須是全密封型的，以免腐蝕性物質的揮發而污染環境、損壞設備

（現行的全密封型的電池差不多能達到要求了）。

分散供電最大的優點是節能。因為從配電電力室到機房的傳輸線上，

原先傳輸的直流大電流，現在變為傳輸380V的交流。運算表明，在傳輸相

U-

P□

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TDC

降/通

信

壓DC

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配-?變.一*?段??

同功噸卜瞄「喈平攀弼航要噲48口的直流電流小得多，在傳輸線上

的壓降造成腦車損耗史有集T供射的忸?1/64。

通嗓知蟲的善碣」

宜

通信電弱統一評展流/七系統A封流供電系統和接地系統組成,

如圖1-2所示：

I-------文充供電系統\-直流供電系統

通信動力系統的構成

交流供電系統

系統組成

通信電源的交流供電系統由高壓配電所、降壓變壓器、油機發電機、U

PS和低壓配電屏組成。交流供電系統能夠有三種交流電源：變電站供給的

市電、油機發電機供給的自備交流電、UPS供給的后備交流電。

為防止停電時刻較長導致電池過放電，電信局一樣都配有油機發電機

組。當市電中斷時，通信設備可由油機發電機組供電。油機分一般油機和

自動啟動油機。當市電中斷時，自動啟動油機能自動啟動，開始發電。由

于市電比油機發電機供電更經濟和可靠，因此，在有市電的條件下，通信

設備一樣都應由市電供電。

UPS：

為了確保通信電源不中斷、無瞬變，可采納靜止型交流不停電電源系

統，也稱UPS。UPS一樣都由蓄電池、整流器、逆變器和靜態開關等部分

組成。市電正常時，市電和逆變器并聯給通信設備提供交流電源，而逆變

器是由市電經整流后給它供電。同時，整流器也給蓄電池充電，蓄電池處

于并聯浮充狀態。當市電中斷時，蓄電池通過逆變器給通信設備提供交流

電源。逆變器和市電的轉換由交流靜態開關完成。

交流配電屏：

輸入市電，為各路交流負載分配電能。當市電中斷或交流電壓專門時

（過壓、欠壓和缺相等），低壓配電屏能自動發出相應的告警信號。

連接方式——交流電源備份方式

大型通信站交流電源一樣都由高壓電網供給，自備獨立變電設備。而

基站設備常常直截了當租用民用電。為了提升供電可靠性，重要通信樞紐

局一樣都由兩個變電站引入兩路高壓電源，同時采納專線引入，一路主用，

一路備用，然后通過變壓設備降壓供給各種通信設備和照明設備，另外還

要有自備油機發電機，以防不測。一樣的局站只從電網引入一路市電，再

接入自備油機發電機作為備用。一些小的局站、移動基站只接入一路市電

（配足夠容量的電池），油機為車載設備。

直流供電系統

系統組成

通信設備的直流供電系統由高頻開關電源（AC/DC變換器）、蓄電池、

DC/DC變換器和直流配電屏等部分組成。

整流器：

從交流配電屏引入交流電，將交流電整流為直流電壓后，輸出到直流

配電屏與負載及蓄電池連接，為負載供電，給電池充電。

蓄電池：

交流停電時，向負載提供直流電，是直流系統不間斷供電的基礎條件。

直流配電屏：

為不同容量的負載分配電能，當直流供電專門時要產生告警或愛護。

如熔斷器斷告警、電池欠壓告警、電池過放電愛護等。

DC-DC變換器：

DC/DC變換器將基礎電源電壓（-48V或+24V）變換為各種直流電壓，

以滿足通信設備內部電路多種不同數值的電壓（±5V、±6V、±12V、±1

5V、-24V等）的需要。

近年來，由于微電子技術的迅速進展，通信設備已向集成化，數字化

方向進展。許多通信設備采納了大量的集成電路組件，而這些組件需要5V

?15V的多種直流電壓。如果這些低壓直流直截了當從電力室供給，則線路

損耗一定專門大、環境電磁輻射也會污染電源，供電效率專門低。為了提

升供電效率，大多通信設備裝有直流變換器，通過這些直流變換器能夠將

電力室送來的高壓直流電變換為所需的低壓直流電。

另外，通信設備所需的工作電壓有許多種，這些電壓如果都由整流器

和蓄電池供給，那么就需要許多規格的蓄電池和整流器，如此，不僅增加

了電源設備的費用，也大大增加了愛護工作量。為了克服那個缺點，目前

大多數通信設備采納DC-DC變換器給內部電路供電。

DC-DC變換器能為通信設備的內部電路提供專門穩固的直流電壓。在

蓄電池電壓（DCDC變換器的輸入電壓）由于充、放電而在規定范疇內變

化時，直流變換器的輸出電壓能自動調整保持輸出電壓不變。從而使交換

機的直流電壓適應范疇更寬，蓄電池的容量能夠得到充分的利用。

連接方式一一直流供電方式

蓄電池是直流系統供電不中斷的基礎條件。按照蓄電池的連接方式，

直流供電方式要緊采納并聯浮充供電方式，尾電池供電方式、硅管降壓供

電方式等等差不多不再使用。

并聯浮充供電方式是將整流器與蓄電池直截了當并聯后對通信設備供

電。在市電正常的情形下，整流器一方面給通信設備，一方面又給蓄電池

充電，以補充蓄電池因局部放電而失去的電量；當市電中斷時，蓄電池單

獨給通信設備供電，蓄電池處于放電。由于蓄電池通常處于充足電狀態，

因此市電短期中斷時，能夠由蓄電池保證不間斷供電。若市電中斷期過長,

應啟動油機發電機供電。

這是最常用的直流供電方式。采納這種工作方式時，蓄電池還能起一

定的濾波作用。但這種供電方式有個缺點一一在并聯浮充工作狀態下，電

池由于長時刻放電導致輸出電壓可能較低，而充電時均充電壓較高，因此

負載電壓變化范疇較大。它適用于工作電壓范疇寬的交換機。

接地系統

為了提升通信質量、確保通信設備與人身的安全，通信局站的交流和

直流供電系統都必須有良好的接地裝置。

通信機房的接地系統

通信機房的接地系統包括交流接地和直流接地。

交流接地

交流接地包括：交流工作接地、愛護接地、防雷接地。

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管流摟地包括,力宣麻蔽接地。

系統如圖1-3版撇護接虬避雷裝置靛「

通信機房接地系統

通信電源的接地

通信電源的接地包括：交流零線復接地、機架愛護接地和屏蔽接地、

防雷接地、直流工作地接地

通信電源的接地系統通常采納聯合地線的接地點式。聯合地線的標準

連接方式是將接地體通過匯流條（粗銅纜等）引入電力機房的接地匯流排,

防雷地、直流工作地和愛護地分不用銅芯電纜連接到接地匯流排上。交流

零線復接地能夠接入接地匯流排入地，但關于相控設備或電機設備使用較

多（諧波嚴峻）的供電系統，或三相嚴峻不平穩的系統，交流復接地最好

單獨埋設接地體，或從直流工作接地線以外的地點接入地網，以減小交流

對直流的污染。

以上四種接地一定要可靠，否則不但不能起到相應的作用，甚至可能

適得其反，對人身安全、設備安全、設備的正常工作造成威逼。

現代通信電源

開關電源成為現代通訊網的主導電源

在通訊網上運行的電源要緊包括三種：線性電源、相控電源、開關電

源。

傳統的相控電源，是將市電直截了當通過整流濾波提供直流，由改變

晶閘管的導通相位角，來操縱整流器的輸出電壓。相控電源所用的變壓器

是工頻變壓器，體積龐大。因此，相控電源體積大、效率低、功率因數低,

嚴峻污染電網，已逐步被剔除。

另外一種常用的穩壓電源，是通過串聯調整管能夠連續操縱的線性穩

壓電源，線性電源的功率調整管總是工作在放大區，流過的電流是連續的。

由于調整管上損耗較大的功率，因此需要較大功率調整管并裝有體積專門

大的散熱器，發熱嚴峻，效率專門低，一樣只用作小功率電源，如設備內

部電路的輔助電源。

開關電源的功率調整管工作在開關狀態，有體積小、效率高、重量輕

的優點，能夠模塊化設計，通常按N+1備份(而相控電源需要1+1備份),

組成的系統可靠性高。正是這些優點，開關電源已在通信網中大量取代了

相控電源，并得到越來越廣泛的應用。

促成開關電源占據主導地位的關鍵技術

從開關電源的進展看，它最早顯現在二十世紀六十年代中期。當時美

國研制出了20kHz的DC/DC變換器，這為開關電源的發明制造了條件。七

十年代，顯現了用高頻變換技術的整流器，它不需要50Hz的工頻變壓器，

直截了當將交流電整流，再逆變為高頻交流，再整流濾波變為所需直流電

壓。

八十年代初，英國科學家按照以上的條件和原理，制造出了第一套有

用的48V開關電源(SwitchModeRectifier),被命名作SMR電源。

隨著器件技術的進展，顯現了大功率高壓場效應管，它的關斷速度大

大加快，電荷儲備時刻大大縮短，從而大大提升了開關管的開關頻率。隨

著電力電子技術和自動操縱技術的進展，開關電源的各方面的技術得到了

飛速的進展。

在各方面的技術進步中，關于開關電源在通信電源中形成主導地位有

決定性意義的技術突破有以下四項：

均流技術使開關電源能夠通過多模塊并聯組成前所未有的大電流系統

和提升系統的可靠性；

開關線路的進展使開關電源的頻率持續提升的同時效率亦提升，同時

使每個模塊的變換功率也持續增大；

功率因數校正技術有效地提升了開關電源的功率因數。在這環保意識

持續加大的時代，這是它形成主導地位的關鍵；

智能化給愛護工作帶來了極大的方便，提升了愛護質量，使它倍受人

們的青睞。

功率因數校正技術

由于開關電源電路的整流部分使電網的電流波形畸變，諧波含量增大,

而使得功率因數降低（不采取任何措施，功率因數只有0.6?0.7）,污染了電

網環境。開關電源要大量進入電網，就必須提升功率因數，減輕對電網的

污染，以免破壞電網的供電質量。那個地點介紹提升功率因數的措施。

采納三相三線制整流

因為三相二絆沒卒中第整竹方式，不件在中線電流（如果有中線,

三次諧遺在史奧俳旌1用，—首波重量專門大），這時盡管相電流中間還有

一定州畫主新粉霍夫夫降低，功率因數可提升到0.86以上。這

種供電方式鼐藤。書所，。

三相無中線整流電路

利用無源功率因數校正技術

這一技術.在亍相國流干式、加入一豐的電感來把功率因數

提升到0.93以iKj'ar蹶4嚏降到10%以下，電路如圖1-5所示，適當選擇

O---------------

校正的啜蓼口唐^泰耳珠0.94年夕安圣公司生產的100A和200A整流

模塊采納了這車技靠車

無源功率因數校正電路

采納有源功率因數校正技術

標年輸入整流部一分加一級功率處理電路，強制流經電感的電流幾乎完全

跟隨”串壓奉什/^阜楙附呻1-7所示）］無功功率幾乎為

0,功相例引夕舸上，，嘉含置可降低到5%以下“圖1-6示意了這

種方豳駟小七采頊嵋也店祠流諦波含量大減少,已接近正弦

波，婺圣康麟才3A4流M麻I了這種技術,功率因數高達0.99。

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輸入電壓、電流波形

開關電源的智能化技術

開關電源系統大量應用了操縱技術、運算機技術進行各種專門愛護、

信號檢測、電池自動治理等等。

有專門的監控電路板分不對交流配電、直流配電的各參數進行實時監

控，能實現交流過、欠壓愛護，兩路市電自動切換，電池過欠壓告警、愛

護等功能；許多開關電源的每個整流模塊內都配有CPU,對整流器的工作

狀態進行監測和操縱，如模塊輸出電壓、電流測量，程序操縱均浮充轉換

等。整流模塊本身能實現過、欠壓愛護，輸出過壓愛護等愛護功能，并能

進行一些故障診斷。

電源系統配有監控單元對整個系統進行監控，電池自動治理，作為人

機交互界面處理各監控板采集的數據、過濾告警信息、故障診斷，并提供

通訊口以供后臺監控和遠程監控。

遠程監控使愛護人員在監控中心同時監視幾十臺機器，電源有故障會

趕忙回叫中心，監控系統自動呼叫愛護人員。這些都大大提升了愛護的及

時性，減小了愛護工作量。

這些智能化的措施，使得愛護人員面對的不再只是復雜的器件和電路,

而是一條條用熟悉的人類語言表達的信息，看起來面對著的是一個能與自

己交流的新生命。

總之，這些技術上的進步和使用愛護上的方便，使得開關電源在通信

電源中逐步占據主導地位，成為現代通信電源的主流。

小結

通信設備對電源的要求。通信動力機房的構成：交流、直流、接地。

開關電源成為通信電源的主導，使開關電源形成主導地位的關鍵技術：均

流技術、開關線路技術、功率因數校正技術、智能化。

摸索題

1、為何通信設備對電源的可靠性要求專門高？通信電源系統是通過什

么方法來達到這一要求的？

2、和傳統相比，現代通信對電源系統有何新要求？

3、集中供電和分散供電各有什么優缺點？

4、試講明通信電源系統的構成。

5、開關電源什么緣故要采納均流技術？

6、提升開關電源功率因數有哪些措施？

7、開關電源智能化對動力愛護工作有何關心?

開關電源產品基礎

直流穩壓電源要緊有線性電源、相控電源、開關電源三種。本章介紹

了開關電源的穩壓原理、差不多電路結構，詳細分析了功率變換電路、PW

M操縱器原理。并在此基礎上，介紹了安圣HD系列開關整流器共性部分

典型電路的原理。

線性電源、相控電源與開關電源

交流電通過整流，能夠得到直流電。然而，由于交流電壓及負載電流

的變化，整流后得到的直流電壓通常會造成20%到40%的電壓變化。為了

得到穩固的直流電壓，必須采納穩壓電路來實現穩壓。按照實現方法的不

同，穩壓電源可分為三種：線性穩壓電源、相控穩壓電源、開關穩壓電源。

線性穩壓電源

線性穩壓電源通常包括：調整管、比較放大部分（誤差放大器）、反饋

采樣部分以及基準電壓部分，它的典型原理框圖如圖1-8所示。調整管與負

載串聯分壓（分擔輸入電壓Ui）,因此只要將它們之間的分壓比隨時調劑到

適當值，就能保證輸出電壓不變。

那個調劑過程是通過一個反饋操縱過程來實現的。反饋采樣部分監測

輸出電壓，然后通過比較放大器與基準電壓進行比較判定：輸出電壓是偏

高了依舊偏低了，偏差多少？再把那個偏差量放大去操縱調整管，如果輸

出電壓偏高，則將調整管上的壓降調高，使負載的分壓減小；如果輸出電

壓偏低，則將調整管上的壓降調低，使負載的分壓增大，從而實現輸出穩

壓。

圖2-1為用分立元件組成簡單的線性穩壓器電路

線性穩壓電源的線路簡單、干擾小，對輸入電壓和負載變化的響應專

門快，穩壓性能專門好。

然而，線性穩壓電源功率調整管始終工作在線性放大區，調整管上功

率損耗專門大，導致線性穩壓電源效率較低，只有20%?40%,發熱損耗嚴

峻，所需的散熱器體積大，重量重，因而功率體積系數只有20?30W/dm3；

另外線性電源對電網電壓大范疇變化的適應性較差，輸出電壓保持時刻僅

串聯

調整管

采樣負

有勢14。因此線性磔^用在野革、期穩壓耦度要求專門高的場合,

放大冬

如:些為通信國磕部的集成電路供電的輔融電源等。

L-iE

線性串聯穩壓電源原理框圖

開關型穩壓電源

線性穩壓電源的動態響應專門快，穩壓性能好，只惋惜功率轉換效率

太低。要提升效率，就必須使圖2-1中的功率調整器件處于開關工作狀態，

電路相應地稍加變化即成為開關型穩壓電源。轉變后的原理框圖如圖2-2

所示。調整管作為開關而言，導通時（壓降小）幾乎不消耗能量，關斷時

漏電流專門小，也幾乎不消耗能量，從而大大提升了轉換效率，其功率轉

換效率可達80%以上。

在圖2-2中，波動的直流電壓Ui輸入高頻變換器（即為開關管Q和二

極管D）,經高頻變換器轉變為高頻（N20kHz）脈沖方波電壓，該脈沖方

波電壓通過濾波器（電感L和電容C）變成平滑的直流電壓供給負載。高

頻變換器和輸出濾波器一起構成主回路，完成能量處理任務。而穩固輸出

電壓的任務是靠操縱回路對主回路的操縱作用來實現的。操縱回路包括采

樣部分、基準電壓部分、比較放大器（誤差放大器）、脈沖/電壓轉換器等。

開關電源穩固輸出電壓的原理能夠直觀明白得為是通過操縱濾波電容

的充、放電印刻來實平的.具體的穩壓過程如下：

當開鄴旭崛的手闌電流輸△電壓Ui降”時輸出電壓U。

輕微卞降，毒蟬息矗^變換器輸出,脈沖方波的氣度變寬,即給電

容多充恪電從而使電容C

上捌電壓（艮員之，當外界

因素引起輸出電壓偏高酬浴臊縱圉路使高頻變換器輸鄴沖方波的寬度變

窄，即劈電容少充點電，稱而設電容c上C電壓回落,穩固切出電壓。

降壓型開關電源原理圖

開關穩壓電源與線性穩壓電源的要緊性能比較

項目開關穩壓電源線性穩壓電源

功率轉換效率65%?95%20%~40%

發熱（損耗）小大

體積小大

功率體積系數60~100W/dm320~30W/dm3

重量輕重

功率重量系數60~150W/kg22~30W/kg

對電網變化的適應性強弱

輸出電壓保持時刻長(20ms)短(5ms)

電路復雜簡單

射頻干擾和電磁干擾（RFI和EMI）大小

紋波大(10mV)P-P小(5mV)P-P

動態響應稍差（2ms）好<100@s)

電壓、負載穩固度低

開關穩壓電源和線性穩壓電源相比，功率轉換效率高，可達65%?90%,

發熱少，體積小、重量輕，功率體積系數可達60?100W/dm3,對電網電壓

大范疇變化具有專門強的適應性，電壓、負載穩固度高，輸出電壓保持時

刻長達20ms。然而線路復雜，電磁干擾和射頻干擾大。具體性能指標對例

如表2-1所示。

和相控穩壓電源相比，開關電源不需要工頻變壓器，工作頻率高，所

需的濾波電容、電感小，因而體積小，重量輕，動態響應速度快。開關電

源的開關頻率都在20kHz以上，超出人耳的聽覺范疇，沒有令人心煩的噪

聲。開關電源能夠采納有效的功率因數較正技術，使功率因數達0.9以上，

高的甚至達到0.99（安圣的HD4850整流模塊）。這些使得開關電源的性能

幾乎全面超過相控電源，在通信電源領域已大量取代相控電源。

開關電源的線路復雜，這種電路咨詢世之初，其操縱線路差不多上由

分立元件或運算放大器等集成電路組成。由于元件多，線路復雜以及隨之

而來的可靠性差的緣故，嚴峻阻礙了開關電源的廣泛應用。

開關電源的進展依靠于元器件和磁性材料的進展。70年代后期，隨著

半導體技術的高度進展，高反壓快速功率開關管使無工頻變壓器的開關穩

壓電源迅速有用化。而集成電路的迅速進展為開關穩壓電源操縱電路的集

成化奠定了基礎。連續涌現出的開關穩壓電源專用的脈沖調制電路如SG35

26和TL494等為開關穩壓電源提供了成本低、性能優良可靠、使用方便的

集成操縱電路芯片，從而使得開關電源的電路由復雜變為簡單。目前，開

關穩壓電源的輸出紋波已可達lOOmV以下，射頻干擾和電磁干擾也被抑制

到專門低的水平上。總之，隨著電技術的進展，開關穩壓電源的缺點正逐

開關電源差不多電路原理框圖

開關電源的差不多電路包括兩部分。一是主電路，是指從交流電網輸

入到直流輸出的全過程，它完成功率轉換任務。二是操縱電路，通過為主

電路變換器提供的鼓舞信號操縱主電路工作，實現穩壓。

主電路

交流輸入濾波器：其作用是將電網中的尖峰等雜波過濾，給本機提供

良好的交流電，另一方面了也防止本機產生的尖峰等雜音回饋到公共電網

中。

整流濾波：將電網交流電源直截了當整流為較平滑的直流電，以供下

一級變換。

逆變：將整流后的直流電變為高頻交流電，盡量提升頻率，以利于用

較小的電容、電感濾波（減小體積、提升穩壓精度），同時也有利于提升動

態響應速度。頻率最終受到元器件、干擾、功耗以及成本的限制。

輸出整流濾波：是按照負載需要，提供穩固可靠的直流電源。

輸入濾波整流高廨換器高頻變壓器箱出瞬

為了保液隨穩固國行和滿足特定應用場合的要求，實際電源產品還

有許多省解電隱，愛護電路等。

VuWuVWMK48DVC

安圣HD系列開關整流器的典型原理框圖

安圣的HD系列高頻開關整流器的典型原理框圖如圖2-4所示。它要緊

由輸入電網濾波器、輸出整流濾波器，操縱電路，愛護電路，輔助電源等

幾部分組成。

它的主電路：要緊由交流輸入濾波器、整流濾波電路、DC/DC變換電

路、次級濾波電路組成，完成功率變換。

操縱電路：由采樣電路、基準電源、電壓/電流比較放大、輸入輸出隔

離、脈寬調制電路、脈沖信號源電路、驅動電路及均流電路等組成電壓環、

電流環雙環操縱電路。

除此之外，還有一些輔助電路：輔助電源電路、風扇故障愛護電路、

表頭顯示電路及其它一些提升系統可靠性的愛護電路。下面分塊介紹電路

及其工作原理。

典型電路工作原理

主電路

電路如圖2-5所示。交流輸入電壓經電網濾波、整流濾波得到直流電壓,

通過高頻變換器將直流電壓變換成高頻交流電壓，再經高頻變壓器隔離變

換，輸出高頻交流電壓，最后通過輸出整流濾波電路，將變換器輸出的高

頻交流電壓整流濾波得到需要的直流電壓。

典型主電路

交流輸入濾波及橋式整流濾波電路

電容C116、C117、C118,共模電感L102構成EMI（EletromagneticIn

terference電磁干擾）濾波器，其作用是：一方面抑制電網上的電磁干擾；

另一方面它還對開關電源本身產生的電磁干擾有抑制作用，以保證電網不

受污染。即它的作用確實是濾除電磁干擾，因此常稱作EMI濾波器。

單相/三相市電經濾波后，再經全橋整流濾波，得到300V/500V左右的

高壓直流電壓送入功率變換電路。

功率變換電路（DC/DC變換電路）

300V/500V高壓直流電送入功率變換器，功率變換器第一將高壓直流

電轉變為高頻交流脈沖電壓或脈動直流電，再經高頻變壓器降壓，最后經

輸出整流濾波得到所需的低壓直流電。

次級濾波電路

由于DC/DC全橋變換器輸出的直流電壓仍含有高頻雜音，需進一步濾

波才能滿足要求。為此在DC/DC變換器之后，又加了共模濾波器。

由高頻電容C212、C213及電流補償式電感L23組成的共模濾波器的直

流阻抗專門低，但對高頻雜音有專門強的抑制作用，使輸出電壓的高頻雜

音峰一峰值降到200mV以下。

電源配電技術

交流配電部分

交流配電原理分析

電源系統交流輸入一樣有兩路，如圖2-6所示的為具有兩路自動切換功

能的電源交流配電系統原理圖。市電I和市電n分不由空開ZK1、ZK2接

入，接觸器KI,K2及其輔助接點構成機械與電氣互鎖功能。只要有市電

且市電電壓在規定的范疇之內時，I路市電優先，K1吸合，K2斷開，送入

I路市電。通過空開ZK301?ZK312給整流模塊供電，ZK4?ZK7則是提供

用戶使用分路（用戶可用作空調、照明等）。市電采樣板分不檢測市電I和

市電n的電壓信號，供監控模塊及市電操縱板使用。市電操縱板通過采樣

?=<

PM仲華

XJM.-orl>mufti

板木、a(5-OWTFUUtMB7實現兩路市電

、3X6口

的E指示燈熄滅，

如今輸出之前設置

D我防雷金

了dI

交流配電單元原理圖

交流配電單元組成

交流配電單元（屏）通常由以下幾個部分組成：

交流接入電路：交流接入一樣通過空氣開關或刀閘開關，交流接入開

關的容量即為交流配電單元的容量，PS系列電源交流配電容量分為50A、1

00A、200A、400、600A五個等級。

整流器交流輸入開關：交流配電單元分不為系統的每一個整流器提供

一路交流輸入，開關容量按照整流器容量確定。

交流輔助輸出：電源系統的交流配電除了給整流器提供交流電外，還

配置了多種容量的交流輸出接口，供機房內其他交流用電設備使用。

交流自動切換機構：有機械電子雙重互鎖的接觸器組成。

交流采樣電路：由變壓器和整流器件組成的電路板，將交流電壓、電

流和頻率等轉換成監控電路能夠處理的電信號。

交流切換操縱電路：完成兩路交流自動切換、過欠壓愛護、告警等功

能。

交流監控電路：集散式監控中專門處理交流配電各種信息的微處理器

電路，能夠完成信號檢測、處理、告警、顯示以及與監控模塊通信等功能。

C級與D級防雷器。

直流配電部分

直流配電原理分析

直流配電單元原理圖見圖2-7o直流配電單元的正負母排分不與整流模

塊輸出的正負極相連，同時它還能夠接入兩組電池BAT1、BAT2o電池通

過熔斷器，接觸器及分流器接入負母排。分流器FL1、FL2、FL3分不檢測

電池I、電池n電流及負載的總電流，接觸器JI、J2、J3由直流下電板B6

M

rnL1

4C2

mRS485

4][]AC輸出

ZKS*女

"S'C3

rrMUT

信號a”整流模塊3VDC

直

1O交

流

流

配

配整流模塊

電

電

直流配電?L京埒圖

PS系列電源簡，.整流模塊（

電電

安圣從90年開妗港康開發7三產高嫡費新系統，建立了良

好的組緲系表技龍眼蚤網縱目前安圣公岸現&PS■不處智能審頻

開關電源晶野產?規格齊全，利利段砰瞥」L

術、：現化鼠起越也組1工

現了系統的本機號震"呈、遠程三級監&控二模塊（！

交換血信

I…電池組'2I

設備提供二48VY直流電源和/路穩用交流聯電。

司PS系歹IPSTN

拆開關再賺累統均.電、直流配電、整流模塊、

遠程監控

監控部分組成自嘉善體結構如圖2-8所示雌監控

MODEM

PS系列電源系統組成原理

市電輸入到交流配電，交流配電將電能分配給各路交流負載和整流模

塊，整流模塊將交流電壓整流成48V的直流電。整流模塊輸出的直流電流

聚攏到直流母排，再進入直流配電，由直流配電將直流分配給各路負載（交

換機等設備），并給電池充電。監控模塊是電源系統的大腦，實時監測和操

縱電源系統的各個部分。這四個部分各分擔一定的功能，相互配合，保證

對直流負載的可靠供電。

由于監控模塊配有標準的通信接口，能夠通過近程后臺或遠程后臺監

控電源系統的運行，實現電源系統的集中愛護。

交流配電：輸入市電或油機電，將交流電能分配給各路交流負載。當

市電中斷或市電專門時（過壓、欠壓、缺相等），配電屏能自動發出告警信

號，有的電源系統還能自動切換到第二路市電或自動切斷交流電源，愛護

系統。

整流模塊：從交流配電取得交流電能，將交流電整流成直流電，輸出

到直流母排。交流專門或直流輸出專門時發出告警或自動愛護。整流模塊

發生嚴峻故障時，自動關機，退出工作。

直流配電：將直流母排上的直流電能分配給不同容量的負載，并給電

池充電。當直流供電專門時要產生告警或愛護。如熔斷器斷告警、電池欠

壓告警、電池過放電愛護等。

監控模塊：實時監測和操縱電源系統各部分工作。即監測和操縱交流

配電、整流模塊、直流配電的工作狀態。對電池進行自動治理，即自動操

縱充電過程，監測電池放電過程，電池電壓過低時發出告警或操縱直流配

電斷開電池，自動愛護電池。監控模塊還配有標準的通信口，RS232、RS4

85或RS422通信口，作為后臺監控的接口。

PS系列通信電源產品

模塊容量從10A到200A,電源系統有-48V、24V兩大系列，容量從1

0A到6000A平滑覆蓋。

-48V整流模塊：HD4810.HD4820、HD4825、HD4830、HD4850.H

D48100o

24V整流模塊：HD2440,HD2450。

典型的-48V系列通信電源系統：PS4840/10.PS48300/25,PS48360/30、

PS48400/50.PS48600-2/50.PS481000/100o

典型的24V系列通信電源系統：PS24480/40,PS24600/50。

電源系統可按照需要選配各種容量的標準交流配電屏、直流配電屏，

亦可按照專門要求，設計非標準配電屏。

小結

線性電源、相控電源的原理和特點。開關電源的差不多原理、組成結

構。詳細介紹了雙端正激型、全橋電變換電路的工作原理。開關電源的操

縱方式分為脈寬調制(PWM)和脈沖頻率調制(PFM)兩種。并在這一章

中，對安圣高頻開關電源的典型電路工作原理作了詳細介紹，對安圣的電

源系統的組成和產品系列作一簡單的介紹。

摸索題

1、相控、線性、開關電源的穩壓原理有哪些差不？

2、線性電源由哪四個部分構成？

3、開關電源和線性電源相比各有什么優缺點，各適用于什么情形？

4、開關電源和相控電源相比，有什么優點？顯現這些差不的全然緣故

是什么？

5、如果整流模塊的風扇損壞，將可能顯現什么現象？

電源監控系統

電源監控系統是電源系統的操縱、治理核心，它使人們對通信電源系

統的治理由繁瑣、枯燥變得簡單、有效。通常其功能表現在三方面：

1、電源監控系統能夠全面治理電源系統的運行、方便地更換運行參數,

對電池的充放電實施全自動治理，記錄、統計、分析各種運行數據。

2、當系統顯現故障時，它能夠及時、準確地給出故障發生部位，指導

治理人員及時采取相應措施、縮短修理時刻，從而保證電源系統安全、長

期、穩固、可靠的運行。

3、通過“遙測，遙信，遙控”功能，實現電源系統的少人值守或全自

動化無人值守。

本章從系統動身，全面介紹了PS系列電源監控的結構、特點、功能及

使用方法，并分不介紹了集散式監控系統的原理及構成、集中式監控系統

的原理。

電源監控系統的作用及特點

要緊特點：

PS系列電源監控系統要緊特點有：

多級治理體系：

監控系統采納以微處理器為核心的多級治理體系，對整流模塊、交流

配電屏、直流配電屏、電池組實施全方位監視、測量、操縱。

雙重測量顯示、操縱治理模式：

這種設計思想將監控系統引入的故障因素減小到最低程度，即使監控

系統顯現故障仍可保證整個電源系統安全、可靠的運行。

監控模塊能夠方便系統擴容和參數調整：

開放式接口設計：

電源系統監控模塊提供RS-232、RS—485、MODEM多種通訊方式，

用戶可按照需要，組成多種形式電源集中愛護系統。電源后臺愛護治理軟

件在WINDOWS操作環境下運行，提供友好的全中文圖象界面，充分考慮

各種通訊線路情形，具有多種糾錯功能。

大屏幕液晶顯不：

電源系統監控模塊采納大屏幕點陣式液晶顯示器，各種狀態、報警信

息顯示直觀、明了，可使用戶及時、準確把握電源系統的運行狀況。監控

操作采納全漢化顯示、對話式操作方式，專門便于學習把握。

安圣PS系列電源監控系統要緊類不

PS中大容量和大容量系列電源系統采納集散式監控，此類監控系統的

特點是系統監控模塊通過整流模塊監控單元、直流屏監控單元、交流屏監

控單元分不采集數據，分級顯示，集中治理。要緊型號有PSM-4、PSM-6、

PSM-23、PSM-A、NP9801等。

PS中小容量系列電源系統采納集中式監控，此類監控系統的特點是監

控模塊直截了當采I顯示，統一治理。要緊型號有PSM-15,

PSM-52等。^JL_^

監控單元的翻鉀青用f統用戶手冊。

集散式監控系上垢然納構吸幅控量

集散年區科4導4結！布也圖視國M所示。系統采納三級測量、操

縱、曜餐瓷］宴k螂看舞售后臺F霓賺然控后臺通過RS-232或

RS—485及向^通|麒飄5也■鬻電監控模塊連接;電源系統監控

模塊構成￡潺靠々統楠氨&捏舄監控系統的第三級監控由各整

流模塊內的監3單元、售畫群控單元和直流配電監控單元等組成。

講明：Ulf

通俗的講，在集青藤高琳流中，各整流模塊、交流配電單元及直流

激原原

配電單元均有自己單獨a（弄u熟能，而集中式卻沒有。

元元元

電源監控系統結構框圖

電源系統監控模塊通過RS-485接口與直流配電監控單元、交流配電監

控單元和各整流模塊監控單元的RS-485接口并聯連接在一起。直流配電、

交流配電、整流模塊內部的監控單元均采納單片機操縱技術，它們是整個

監控系統的基礎，直截了當負責監測各部件的工作信息并執行從上級監控

單元發出的有關指令，如上報有關部件工作信息，完成對部件的功能操縱。

電源監控系統的監控量有：

遙測量

系統輸出總電壓、負載總電流；

電池電壓，電池充放電電流；

輸入市電電網電壓，中相電流，電網頻率；

各整流模塊的輸出電壓、輸出電流。

遙信量

直流配電各輸出支路熔斷器通斷狀態；

電池組熔斷器通斷狀態；

電池充電電流過大，電池電壓欠壓、過壓；

市電電網停電、缺相，電網電壓過高、過低；

整流模塊工作溫度過高、整流模塊輸出電壓過高、過低；

整流模塊輸出過流愛護、整流模塊輸入交流電壓過高、過低、缺相或

相間電壓嚴峻不平穩。

遙控量

整流模塊輸出電流限流操縱；

整流模塊開啟、關停操縱；

整流模塊均、浮充操縱；

遙調量

整流模塊的輸出電壓。

基礎監控單元

整流模塊的監控單元

整流模塊監控單元功能表現在兩方面：

測量整流模塊的運行參數，并通過RS-485接口