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通信用高频开关整流器及开关电源系统一、整流器概述 1、整流器的定义 整流器（rectifier）在GB/T 1417《常用电信设备名词术语》中的定义是：将交流电转换为直流电的电子器件或装置。对于通信用整流器，早期称为半导体整流器，随着半导体整流器技术的发展，半导体整流器按照电路中变流器件的开关频率不同，经历了低频整流和高频整流，低频整流器也称为相控整流器，高频整流也称为斩控式整流器，即高频开关整流器（SMR，Switch Mode Rectifier）。 2、整流器的工作原理简述 简单地说，高频开关整流器的工作原理是“两个变换”，第1步是“AC/DC变换”：将交流电源输入经整流滤波成直流；第2步是“DC/DC变换”：再通过高频控制（在通信用整流器中通常采用脉冲宽度调制（PWM））信号控制开关管，将直流加到开关变压器初级上，开关变压器次级感应出高频电压，经整流滤波得到额定直流电压供给负载。另外，输出部分通过一定的电路反馈给控制电路，控制PWM占空比，以达到稳定输出（稳压）的目的。所谓高频，我国目前一般采用的开关频率为50~100KHz，也有高达200~450KHz。采用高频换流技术可使变换器的变压器的体积、重量大为减小。因此，高频开关电源技术以其高效、可靠、小型、易于集成化、模块化和智能化等显著特点而成为现代通信直流供电系统的主选。整流模块的体积和重量与频率的关系一般详见下表1-2，以48V整流模块为例，供参考。 表1-2：整流模块的体积和重量与频率的关系 欲详细了解通信用高频开关整流器工作原理介绍的请进入。 3、整流器的分类 目前经常可以见到不同种类的高频开关整流器，归纳起来有5种分类方法，共11个种类，其分类方法及各种类的含义详见下表1-3-1。另外，高频变换器（也称DC-DC变换器）是高频开关整流器核心部件之一，因变换器的输入输出电压关系、变换器的工作状态和电路结构等的不同，可分为不同类型的变换器，其变换器的分类方法和分类名称详见下表1-3-2。 表1-3-1：高频开关整流器的分类及各种类的含义 表1-3-2：高频变换器的分类和名称 二、通信用高频开关整流器 1、概述 我国通信用整流器基本上经历了两代，即相控整流器和高频开关整流器。在上世纪90年代前，通信用整流器一直使用的是相控整流器，但相控整流器存在着功率因数低（需要电容柜对其无功功率进行补偿）、体积重量大、消耗铜铁材料多（工频变换变压器体积大）等缺陷，另外还有当采用阀控式密封蓄电池后，相控整流器不能不能提供浮充电压的温度补偿功能等。因此，随着整流器技术的发展，在上世纪90年代后期，通信用整流器逐步用高频开关整流器取代了相控整流器，目前通信用整流器全部采用的是高频开关整流器。下表2-1是相控整流器与高频开关整流器的特点简单对比，供参考。 表2-1：相控整流器与高频开关整流器的特点对比 在现代通信电源系统中，高频开关整流器得到了普及应用。其在实际应用中，通信用高频开关整流器根据其标称输出电压，有低压整流器（-48V或24V）和高压整流器（240V、336V等）之分。这是因为，相对传统通信系统，通信设备所使用的直流供电电压均为低压系统；由于传统通信系统与信息计算机通信系统的高度融合后，其数据通信设备（如服务器、路由器等）所使用的直流供电电压目前通常为高压系统。 欲详细了解通信用直流供电系统介绍的请进入：低压直流供电系统；高压直流供电系统 2、组成 通信用高频开关整流器通常为模块化设计，若干个整流模块输出端并联运行，自动均流。通信用高频开关整流器（整流模块）的功能电路的组成通常如下图2-2所示（有11个功能电路），各功能电路的作用简述于下表2-2中。 图2-2：通信用高频开关整流器的功能电路的组成示意图 表2-2：通信用高频开关整流器的功能电路的作用简述 3、容量配置 在直流供电系统设计时，为确保高频开关电源容量配置合理，应首先对使用直流的通信设备按近期负荷与远期负荷分别进行负荷电流统计。高频开关整流机架容量应按远期负荷配置，以确保直流供电系统扩容方便；整流模块总容量应按近期负荷配置，以避免初期配置过大而造成浪费，同时也能防止蓄电池充电电流太大，造成正、负极板活性物质脱落，析出气体增多，从而影响蓄电池的寿命。 整流模块所采用的冗余的方式，一般来说，可以采取的方案有容量冗余、冗余冷备份方式、并联均流的N+1备份方式、冗余热备份方式。其各种备份方式的含义详见下表2-3。根据我国相关技术标准（YD/ 1051等）及相关工程建设标准（GB 51194和GB51215等）的有关规定，直流供电系统的整流模块配置应按N+1冗余方式确定，其中N为主用整流模块数，N≤10时，备用1个；N>10时，每10个备用1个。 表2-3：整流模块可采用的冗余的方式 主用整流模块的总容量应按通信负荷电流和蓄电池组均充电流（10小时率充电电流Ⅰ10）之和确定，即： Ⅰ主用=Ⅰ负荷+Ⅰ充电 式中，Ⅰ主用是主用整流模块总容量（A）；Ⅰ负荷是通信设备近期负荷电流（A）；Ⅰ充电是蓄电池均充电流（A），一般取10小时率充电电流Ⅰ10。 在计算确定出主用整流模块的总容量后，单个整流模块的容量应根据生产厂家定型整流模块系列确定，整流模块容量不同，计算出的主用整流模块数也不同。整流模块容量选择不应过大，否则配置整流模块数太少，例如在负荷电流为40 A时，如果选择50 A的整流模块，主用整流模块数为1，按N+1配置，直流供电系统整流模块数为2，一旦某个整流模块出现故障时，直流供电系统可靠性将大大降低。整流模块容量选择也不宜过小，否则配置的整流模块数太多，将给直流供电系统安装维护带来不便。 因此，在直流供电系统设计时，应根据直流供电系统容量，结合定型生产的整流模块容量系列和整流机架容量系列，合理确定单个整流模块的容量，在一般情况下，一个直流供电系统整流模块数不宜小于3个，不宜大于20个。 欲详细了解通信用高频开关整流器配置要求的请进入。 4、技术要求 鉴于通信用高频开关整流器，有低压整流器（-48V或24V）和高压整流器（240V、336V等）之分。我国相关标准对相应的整流器给出了相应的技术性能要求。 欲详细了解我国通信用高频开关整流器的技术性能要求的请进入。 三、关于通信用高频开关电源系统 1、概念 在我国通信行业标准YD/T 1058《通信用高频开关电源系统》中给出的定义是：一般指在一个机架（箱）或多个机架中，由交流配电部分、高频开关整流模块、直流配电部分和监控单元组成的电源系统。因此，通信用高频开关电源系统的组成框图如下图3-1所示。 图3-1：通信用高频开关电源系统的组成框图 我们知道，通信电源为了保证通信设备的可靠供电，对于交流供电有交流不间断电源系统，我们称之为交流UPS；那么，对于直流供电的直流UPS，实际上就是指通信用高频开关电源系统。通信用高频开关电源系统与后备蓄电池连接，就确保了通信设备用直流电源的不间断供电。之所以称为高频开关电源系统，是因为系统采用了高频开关整流模块。 2、分类 根据YD/T 1058的规定，通信用高频开关电源系统的分类方法，有按安装方式分类、按结构分类和按工作环境分类，具体的分类的种类详见下表3-2中。 表3-2：通信用高频开关电源系统的分类方法 3、技术要求 在YD/T 1058中，分类给出了组成的四部分的技术要求和系统的技术要求。目前主要是针对直流低压供电系统（48V）。 欲详细了解YD/T 1058规定的通信用高频开关电源系统技术要求的请进入。 欲进一步了解我国通信电源系统介绍的请进入。 通信电源系统,室内高频开关电源,通信电源整流器,室内通信电源 |
