新一代高效组合电源系统概况

      通信产业的飞速发展带来能源消耗的与日俱增，通信业也成为节能减排重点关注行业。通信机房的节能减排，核心是通信主设备。通信电源占通信机房近10%的用电量，也是不可忽视的部分。本文主要介绍由高效整流器和智能监控单元构建的高效组合电源供电方案。

电源效率 “与时俱进”

    在研究高效通信电源之前，我们先简单回顾一下电源效率发展的历史。通信电源效率的发展可以用四个字来概括，那就是“与时俱进”。

    早期的相控电源和线性电源稳压精度低、滤波性能差、体积庞大，其性能直接影响通信的质量和可靠性，所以不适合通信网络设备的供电需求，在上世纪90代初逐步被性能更优良的高频开关电源所代替。直到今天，开关电源依然是通信网络最主要的供电设备，有着通信网络“心脏”的美誉。

    开关电源系统的核心是整流器，整流器的核心指标是转换效率。开关电源的损耗主要包括在轻载条件下影响较大的开关损耗，和在重负载条件下影响较大的传导损耗，其他还包括缓冲电路损耗，控制、检测、驱动、保护电路损耗，变压器和电感的损耗、线路损耗等。随着电源设备前级PFC技术和后级DC/DC变换技术的创新、磁性材料发展、半导体元件性能改良和损耗减低，开关整流器的效率也从80%多提升到90%以上。

    2000—2004年是我国开关电源行业高速发展的时期，特别是在通信电源领域，因为这期间我国的通信网络进入一个快速发展的阶段。这个时期中国电子市场性能优异的二极管数量少，价格昂贵，所以二极管特性改善不明显。

    2005—2008年则是电源技术和开关管、二极管快速发展的时期，特别是SIC二极管、COOLMOSFET开关管的广泛应用，以及电源技术上移相全桥ZVS软开关技术、磁集成技术的应用，进一步减低转换损耗，整流器峰值效率达到93%，功率密度进一步提升。

    2009年开始，高效整流器出现在中国通信电源市场，如今主流电源厂商均开发了高效整流器。高效整流器应用了无桥PFC变换、全桥变换、同步整流等先进技术，同时继承使用碳化硅升压二极管和选择新一代COOLMOSFET开关管，并选用最新的高低损耗磁材，实现整流器峰值效率超过96%。特别是DSP数字控制和同步整流技术的结合，解决了以往整流器轻载效率低的不足，在20%～100%的宽负载率范围模块效率高达95%以上。

智能化、网络化的高效监控系统

    回顾了整流器效率指标的发展，我们再看一下通信电源系统另一个重要的组成单位，监控单元。随着网络的日益发展，大量人力、物力投入到网络设备的管理和维护工作上。作为通信网络的有机组成，电源设备的监控管理也向智能化、网络化发展。

    通信电源监控系统是一个分布式计算机控制系统，集中融合了传感器技术、现代计算机技术、通信技术、网络技术和人机系统技术的最新成果，能够实现遥测、遥信、遥控功能。

    横向来看，一个电源设备的信息经由数据采集系统获取后，通过数据传输通道，上传至数据分析系统，分析结果通过人机交互界面展现在维护人员眼前，同时维护人员的操作和指令通过返回通道传递到设备端，实现对设备的查询和控制。

    纵向来看，电源设备的信息需要分别上传到不同的监控中心，监控模块位于整个系统中的最低层，直接与设备相连，获取第一手数据。局站中心是一个通信局站电源设备的集中操作维护管理点，县中心、地市中心、省中心各级监控中心则实现更高层次和更广范围的集中管理。

    目前这种错综复杂的监控网络已经通过各省电信公司建设的DCN（综合数据通信网）实现优化。许多发达地区DCN网络已经延伸到了局站中心层级。如果电源系统监控单元具备网络接口，电源系统直接融入DCN网络，如果DCN网络具备电源监控管理系统，则可以实现网络供电单元的直接快速管理，提升维护管理效率。

    随着嵌入式技术近年来的发展，嵌入式系统在传统的工业监测、机械控制及新兴的移动通信、数字娱乐方面的应用越来越广泛。在电源领域，传统的监控系统主要以单片机为硬件载体进行设计，功能相对单一，可视化和扩展性有限。随着LINUX系统的不断升级换代，也出现了采用ARM芯片为载体，以LINUX 系统为软件平台的新一代监控系统。该系统除了能实现原有单片机的功能外，更重要的是具备了网络通信功能，而且其设计过程及界面更加人性化。基于ARM芯片开发的手机得以广泛应用正是其优势的最好证明。

    一套完整、全面的电源监控网络，通过干结点接口，实现门禁、门磁、烟雾、水淹、红外等环境量检测，通过RS232、RS485串口通信接口，实现数据采集、信息查询、告警管理、自动检测、参数设置等智能化的人机管理，通过网络接口，实现电源系统的网络化管理。网络化的监控管理实现了通信电源与通信网络的融合，使得电源系统成为通信网络的有机组成。

基站机房高效供电方案

    高效开关电源系统融合了新一代高效整流器和智能监控单元，带给用户高效、智能体验，实现用户节能减排的需求。结构设计的持续优化，实现前接线、前维护，减低机房建设压力。

模块化设计

    高效整流器的成熟应用推动了开关电源系统更深程度模块化设计的实现。模块化是通信电源系统结构发展的一条重要线索，作为一个通用性的衡量基准，它适用于整流器、直流直流变换器、逆变器、太阳能充电器、UPS等等功率变换单元，光伏组件等发电设备，以及蓄电池组，甚至适用于配电单元、功能机柜等。模块化的功率单元、模块化的控制单元，甚至模块化的机柜单元，模块化在新一代高效开关电源供电方案中体现得淋漓尽致。基于模块化理念设计的产品，产品的空间利用率高，结构紧凑，组合方便。需要指出的是，模块化设计会造成单位成本稍微增加，但由于产品设计的模块化带来全流程的成本降低，总体的成本是降低的，而且这个成本优势会随着产量增加和系统多样化而放大。

室外高效供电方案

    高效组合电源系统同样提供室外供电方案。室外电源自2007年开始在中国批量应用以来，其快速建站、节省土建机房温控系统能耗的绝对优势被越来越多的客户认同，需求也越来越高，已逐渐演变为更加复杂、增强型的室外电源系统。早期的室外电源只预留几U高度的空间，放置BBU、传输、微波设备，现在的室外电源已经发展为一个室外标准柜，内置设备包括蓄电池和更多的主设备。

高效普效混装方案

    针对节能减排的压力，目前针对在网老电源的节能改造除了采用成熟的休眠管理技术，业内近期又提出了高效普效混装供电方案。混装方案保留原电源系统的机架和配电单元，更换电源系统内的整流模块、监控模块和相关的外围侦测电路及器件，实现在网电源系统的优化，使电源工作在高效模块状态，提升电源工作效率，降低能源损耗。

    伴随高效开关电源技术的成熟和广泛应用，2011、2012年中国运营商均启动了集团层面、省公司层面的采购项目，相信在2~3年的时间内，由高效模块、智能监控组成的新一代高效开关电源供电方案，将担负起保障中国通信网络可靠运行的重任。