相控电源改造方案分析

摘要：从高频开关电源的性能优势、智能化优势及经济效益优势等几方面论述了目前通信系统中相控电源改造的必然趋势。

关键词：相控高频开关改造

On Modification of Phase Control Power Supply Abrsect: According to Superiorities in performance,intelligence,and economic returns of high frequency switching power supply(SPS) the paper explaind it's an inexorable trend in telecom system at present to replace the phase shifted control power supply by SPS.

Keywords:Phase shifted control, High frequency switching power supply, Modification

1相控电源改造的必要性

通信电源在通信系统中占有极其重要的位置，其性能直接影响通信的质量和可靠性。随着通信事业的迅猛发展，对其要求也越来越高，相控稳压电源已满足不了现代通信对质量和可靠性的要求，而逐步被性能更优良的高频开关电源所取代。

相控电源是指采用晶闸管作为整流器件的电源系统，其原理是交流输入电压经工频变压器降压，然后采用晶闸管进行可控整流。为了保持输出电压的稳定，需一套比较复杂的晶闸管触发电路。而高频开关稳压电源是交流输入直接整流，然后经过由功率开关器件（功率晶体管、MOS管、IGBT等）构成的逆变电路将高压直流（单相整流约300V，三相整流约540V）变换成高频方波（20kHz以上），高频方波经高频变压器降压后再经整流滤波后得到稳定的直流输出。

2高频开关电源的性能优势

高频开关稳压电源与相控稳压电源相比，有如下优势：

（1）技术指标上的优势

①体积小、重量轻。高频变压器取代了体大而笨重的工频变压器，使得电源越来越小型化、轻量化。

②工作频率高，使输出滤波电路得以小型化。

③功率因数高。前者采用有源功率因数校正电路，功率因数能做到0.98以上，而后者功率因数低且波形畸变，对电网干扰严重。

④效率高，节省能源。前者的效率一般为88％～95％，而后者的效率一般在70％以下。

⑤动态响应好，提高通信质量。前者工作频率高，对负载和电网的动态响应远远优于后者。

⑥纹波小。前者的输出纹波和杂音一般都比后者小，有利于提高通信的质量。

⑦噪音低。前者的工作频率在人的听觉范围之外，可闻噪音比后者低得多。

⑧扩容方便。高频开关电源一般采用模块式结构，维护、扩容比较方便。

（2）智能化的优势

由于高频开关电源诞生于计算机技术大发展的今天，其智能化程度远远高于相控电源。随着近年来维护体制的变化，要求对通信设备实行遥控、遥测、遥信等远程集中监控，实现无人值守或少人值守。智能化高频开关通信电源为通信电源的无人值守或少人值守创造了条件。

3高频开关电源的经济效益优势

由于高频开关电源的性能优势，其运行成本要比相控电源低得多。单从节省的电费方面来看，就有很大的优势。

假设某一电源系统的负载功率为Po。采用相控电源的功率因数为0.85（需要外加补偿柜才能达到这一水平），效率为70％。则所需要的输入功率为：

PI1=Po/(0.85×0.7)=1.68Po

而对于一功率因数为0.92（一般具有功率因数校正器的开关电源均能达到这一水平）、效率为93％的高频开关电源来说，需要的输入功率为：

图1中兴ZXDU3000A组合电源系统图
 

PI2=Po/(0.92×0.93)=1.17Po

采用高频开关电源比相控电源节省的电费为

（PI1－PI2）/PI1=30.4％

可见，采用高频开关电源能节省约30％的电费。

对于负载为1000A的电源系统：

Po=53.5V×1000A=53.5kW

对相控电源而言，每年的耗电量为：

1.68×53.5kW×24h×365=787348.8kW·h

按0.6元的电价计算，每年节省的电费。

0.6×30％×787348.8kW·h=14.17万元

由此可见电信部门采用高频开关电源能节省一笔很大的电费开支。此外，其智能化的特点带来的维护费用低也能节省很多开支。所以，高频开关电源的经济效益是显而易见的。

4中兴通讯提供的相控电源改造方案

（1）相控电源改造系统结构

目前，相控电源主要分布在县市级以上的交换局。针对这种情况，建议采用ZXDUM68－48/100的100A系列组合电源进行改造。ZXDUM68－48/100电源系统容量从200A～3100A，分为ZXDU600、ZXDU1500、ZXDU3000三种电源系统，可以满足各种容量等级的系统需要。图1所示为ZXDU3000组合电源的满配置系统图。

根据用户要求，相控电源的改造可以灵活进行。可分别保留原电源系统的交流配电屏、直流配电屏。但从外观、可维护性出发，建议进行包括交流配电屏、直流配电屏在内的整个电源系统的全部改造。

高频开关电源替代相控稳压电源是通信电源发展的趋势，对提高通信质量和可靠性有着极其重要的影响。目前，新建和扩容的通信局站均已采用了性能优良的高频开关稳压电源。吉林通化、山西临汾、湖北、贵州等省市的一些局站已采用中兴通讯电源改造了原有的相控电源，使得这些局站的电源所占的机房空间缩小、电源质量有很大的改善，完善的监控系统使得电源智能化程度大大提高，用户深表满意。如在山西省汾西县电信局，采用ZXDU15001500A高频开关电源系统改造了原有400A相控电源，机柜由原来的四个变为现在的2个，而容量增大了近一倍。在充电管理、机房噪音、电源质量、智能监控等方面都比原有的电源系统有质的变化。

（2）ZXDU系列电源的性能特点

①开关整流器主功率电路采用结构最佳且是国外著名厂家产品大都采用的双正激电路拓扑结构。在技术上采用先进的PS－ZVS－PWM相移谐振高频软开关技术，效率大于93％。在控制方法上采用最先进的电流型反馈控制方法，除可稳定输出电压外，还具有更快的负载动态响应能力、降低输出端低频纹波值等优点。

②输入端加有源功率因数校正电路，功率因数高达0.998，使输入交流电流、电压波形均为正弦波，失真度小。

③ZXD5000采用三相四线制输入，无中线电流，完全避免了负载不平衡所引起的中线电流过大而损坏设备的情况。采用多极风扇控制技术，有效延长了风扇使用寿命，提高了整机可靠性。采用先进的热插拔技术设计，极大地方便了开通维护。

④600A以下系统具有二次下电保护功能。在停电后能有效延长对关键设备的供电时间，特别适合于无线基站及其它要求根据设备的重要等级，停电后分次切断直流输出的局站使用。

⑤具备灵活的监控组网方式。除常见的MODEM、专线、X.25方式外，还可通过中兴通讯的交换、传输、接入设备的监控网管系统进行组网。针对无线基站电源组网的特殊要求，已设计出以信号转换模块SCM为核心的先进的集中监控组网方案。

⑥具备完善的“三遥”功能。将电源控制技术与计算机技术有机地结合在一起，配以完善的监控系统可以实现无人值守，符合国际流行的分散供电模式。

另外，ZXDU系列电源还具有完善的电流回缩短路保护功能；良好的均流能力，多机并联时可靠性高；采用自然冷却方式，避免了因风扇损坏而带来的故障；采用大屏幕液晶显示器，用汉字显示各种监控信息；完善的三级防雷保护措施；极宽的交流输入电压范围，特别适用于电力供应不稳定地区；采用两路市电输入，可自动或手动切换；蓄电池自动充放电管理，能进行温度补偿，最大限度延长蓄电池使用寿命。