通信电源技术

通信电源技术

　　通信电源技术

　　摘 要 通信电源由直流供电系统，交流供电系统，接地系统，监控系统，防雷系统组成。电源的安全、可靠、是保证通信系统正常运行的重要条件。蓄电池组，高频开关电源，UPS是通信电源的重要组成部分。

　　关键词 蓄电池组;高频开关电源;UPS

　　1 蓄电池组

　　1.1 蓄电池的结构及工作原理

　　蓄电池通常是指铅酸蓄电池，它是电池中的一种，属于二次电池。它的工作原理是：充电时利用外部的电能，使内部活性物质再生，把电能存储为化学能，需要放电时再次把化学能转换为电能输出。

　　1.1.1 蓄电池的充电

　　蓄电池充电时，负极会析出氢气，正极会析出氧气。析出的氧气到达负极，与负极起下述反应。正极析氧，在正极充电量达到70%时就开始了。

　　充电过程2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4

　　1.1.2 蓄电池的放电

　　蓄电池作为应急备用能源，其价值和性能是通过放电来实现的，蓄电池放电过程中的化学反应：

　　放电过程Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O

　　1.2 蓄电池的维护

　　在维修过程中，应经常检查蓄电池的外观，极柱。若发现电池槽，盖发生破裂，以及结合部渗漏电解液，极柱周围出现爬酸现象要及时更换电池。

　　2 V蓄电池在投入运行后的前五年，12 V蓄电池在投入运行后的前两年，每年应以实际负载进行一次核对性放电试验，放出标称容量的30%-40%。2 V蓄电池在投入运行后的第六年起，12 V蓄电池在投入运行后的第三年起，每年应进行一次容量试验。

　　2 高频开关电源

　　2.1 开关整流器监控单元的原理

　　开关整流器监控单元的单片机电路对电源参数进行实时采集。缺相检测和网压检测电路对三相交流输入进行缺相检测和电网电压检测，检测到的缺相信号和电网电压信号送给单片机电路进行处理。单片机接受键盘指令，采用LCD显示电源实时数据和控制菜单。

　　辅助电源提供开关整流器内部控制电路所需要的各种电源。温度检测电路检测主散热器温度，送给单片机系统。单片机系统根据主散热器温度，通过风扇控制电路控制风扇的工作状态。

　　2.2 负荷均分的概念

　　一套高频开关电源系统至少需要两个高频开关电源模块并联工作，大的系统甚至需要多达数十个电源模块并联工作，这就要求并联工作的电源模块能够共同平均分担负载电流，即均分负载电流。目前高频开关电源均采用PWM型均流方式，是一种数字式调整均流方式，具有均流精度高，动态响应特性好，抗干扰性较好，模块控制数多的优点。

　　2.3 负荷均分的原理

　　US为系统取样电压，Ur为系统基准电压，两者比较后产生误差电压UD，UD与三角波比较产生一个脉宽调制方波信号，其波宽受UD大小控制。这个方波信号送至每个整流模块，通过模块内光耦，隔离，整形，放大后与模块电流比较。

　　这个比较信号再与模块内的预先设定参考电压值相叠加，调整模块的输出电流，改变模块的输出电压，使每个模块的输出电流相等。

　　3 UPS电源

　　不间断供电电源系统(UPS)是能够持续稳定不间断向负载供电的一类重要电源设备。从广义上说UPS包括交流不间断电源系统和直流不间断电源系统。长期以来，已习惯于把交流不间断电源系统称为UPS。

　　3.1 UPS原理

　　交流市电电源输入由整流器转换为直流电源。逆变器将此直流电源或来自电池的直流电源转换为交流电提供给负载。市电中断时，由电池通过逆变器给负载提供后备电源。市电电源还可通过静态旁路向负载供电。需要对UPS维修保养时，可将负载切换到维修旁路供电，负载电源不中断。

　　3.2 UPS幷机系统特点

　　并联UPS软件和硬件与单机模式完全一致。幷机系统的配置可通过参数设置软件实现。幷机系统各单机的参数设置要求一致。幷机控制电缆形成闭环连接，为系统提供可靠性和冗余。双母线控制电缆连接在两个母线的任两个UPS单机之间。

　　智能幷机逻辑为用户提供最大灵活性。例如，可按任意顺序关闭或启动幷机系统中的各单机。可实现正常模式和旁路模式之间的无缝切换，并且可以自动恢复。即过载消除后，系统会自动恢复到原来的运行模式。可以通过各单机的LCD查询幷机系统的总负载量。

　　3.3 UPS单机并联的要求

　　多个单机并联组成的UPS系统相当于一个大的UPS系统。但是具有更高的系统可靠性。为了保证各单机使用度相同并符合相关配线规定，应满足以下要求。

　　1)所有单机必须容量相同并且并接到相同的旁路电源。

　　2)旁路电源和整流输入电源必须接到相同的中线输入端子。

　　3)如安装漏电检测仪器(RCD)，必须正确设置并且安装在共同的中线输入端子前。或者该器件必须监控系统的保护地电流。

　　4)所有的UPS单机的输出连接到共同的输出母线上。

　　3.4 UPS特殊工作模式

　　3.4.1 旁路模式

　　正常模式下，如遇逆变器故障，逆变器过载或手动关闭逆变器，静态开关将负载从逆变器侧切换到旁路电源侧。如此时逆变器相位与旁路相位不同步，静态开关将负载从逆变器输出切换到旁路电源输出，但会出现负载电源短时中断。

　　该功能可避免不同步交流电源的并联引起大环流。负载电源中断时间可设置，通常小于3/4周期。例如：频率50 Hz时，中断时间小于15 ms：频率60 Hz时，中断时间小于12.5 ms。

　　3.4.2 并联冗余模式

　　为提高系统容量或可靠性，或既提高系统容量又提高可靠性，可将数个UPS单机设置为直接并联，由各UPS单机内的幷机控制逻辑保证所有单机自动均分负载。幷机系统最多可由4个单机并联组成。

　　3.4.3 频率变换器模式

　　UPS可设置为频率变换器模式。提供50 Hz或60 Hz的稳定输出频率。输入频率范围40 Hz-70 Hz。该模式下，静态旁路无效，电池为可选。根据是否需要以电池模式运行来确定是否选用电池。

　　3.4.4 自动开机模式

　　UPS提供自动开机功能，即市电停电时间过长，电池放电至终止电压导致逆变器关机后，如市电恢复，经过延时后，UPS会自动开机。该功能及自动开机延时的时间可由调试工程师设置。

　　3.4.5 电池模式

　　由电池经过电池升压电路通过逆变器给负载提供后备电源的运行模式为电池模式。市电停电时，系统自动转入电池模式运行。负载电源不中断。此后市电恢复时，系统又自动切换回正常模式，无需任何人工干预，并且负载电源不中断。

　　3.5 UPS高级功能

　　UPS提供电池维护测试功能。电池定期自动放电，每次放电量为电池额定容量的20%，实际负载必须超过UPS标称容量的20%。如果低于20%，则无法执行自动放电维护。自动放电间隔时间30天-360天可以自行设置。电池自检可禁止。

　　在线式UPS中，无论市电是否正常，都由逆变器供电，所以市电故障瞬间，UPS的输出不会间断。另外由于在线式UPS加有输入EMC滤波器和输出滤波器，所以来自电网的干扰能得到很大的衰减。

　　参考文献

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　　[3]曾建华.阀控式密封铅酸蓄电池最佳性能的实现[J].蓄电池，2006.

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