任务1 认知直流供电系统的种类和组成

资讯1 直流电源的种类

交流电经过整流，可以得到直流电。但是，由于交流电压及负载电流的变化，整流后得到的直流电压通常会造成20%～40%的电压变化。为了得到稳定的直流电压，必须采用稳压电路来实现稳压。按照实现方法的不同，稳压电源可分为3种：线性稳压电源、相控稳压电源和开关稳压电源。

1.线性稳压电源

图3-1为用分立元件组成的简单线性稳压电源电路。线性稳压电源通常包括：调整管、比较放大部分（误差放大器）、反馈采样部分以及基准电压部分。调整管与负载串联分压（分担输入电压Ui），因此只要将它们之间的分压比随时调节到适当值，就能保证输出电压不变。

这个调节过程是通过一个反馈控制过程来实现的。反馈采样部分监测输出电压，然后通过比较放大器与基准电压进行比较判断，得到输出电压的偏差量，再把这个偏差量放大去控制调整管。如果输出电压偏高，则将调整管上的压降调高，使负载的分压减小；如果输出电压偏低，则将调整管上的压降调低，使负载的分压增大，从而实现稳压输出。

线性稳压电源的线路简单、干扰小，对输入电压和负载变化的响应非常快，稳压性能非常好。

但是，线性稳压电源功率调整管始终工作在线性放大区，调整管上功率损耗很大，导致线性稳压电源效率较低，只有20%～40%；发热损耗严重，所需的散热器体积大，重量大，因而功率体积系数只有20～30W/dm3；另外，线性电源对电网电压大范围变化的适应性较差，输出电压保持时间仅有5ms。因此线性电源主要用在小功率、对稳压精度要求很高的场合，例如一些为通信设备内部的集成电路供电的辅助电源等。

2.相控稳压电源

相控电源是指采用可控硅（晶体闸流管）做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，然后采用可控硅整流。为了保持输出电压的稳定，需要一套比较复杂的可控硅触发电路。

3.开关稳压电源

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得到低压的高频方波，再经整流滤波得到稳定电压的直流输出。

线性稳压电源的动态响应非常快，稳压性能好，但功率转换效率太低。要提高效率，就必须使图3-1中的串联功率调整器件处于开关工作状态，电路相应地稍加变化即成为开关型稳压电源。转变后的原理框图如图3-2所示。调整管作为开关，导通时（压降小）几乎不消耗能量，关断时漏电流很小，也几乎不消耗能量，从而大大提高了转换效率，其功率转换效率可达80%以上。

在图3-2中，波动的直流电压Ui输入高频转换器（即开关管Q和二极管D），经高频转换器转变为高频（≥20kHz）脉冲方波电压，该脉冲方波电压通过滤波器（电感L和电容C）变成平滑的直流电压供给负载。高频转换器和输出滤波器一起构成主回路，完成能量处理任务。而稳定输出电压的任务是靠控制回路对主回路的控制作用来实现的。控制回路包括采样部分、基准电压部分、比较放大器（误差放大器）和脉冲/电压转换器等。

开关电源稳定输出电压的原理可以直观理解为是通过控制滤波电容的充、放电时间来实现的。具体的稳压过程如下：

当开关稳压电源的负载电流增大或输入电压Ui降低时，输出电压Uo轻微下降，控制回路就使高频转换器输出的脉冲方波的宽度变宽，即给电容多充点电（充电时间加长），少放点电（放电时间缩短），从而使电容C上的电压（即输出电压）回升，起到稳定输出电压的作用。反之，当外界因素引起输出电压偏高时，控制电路使高频转换器输出脉冲方波的宽度变窄，即给电容少充点电，从而使电容C上的电压回落，稳定输出电压。

开关稳压电源和线性稳压电源相比，功率转换效率高，可达65%～90%，发热少，体积小、重量轻，功率体积系数可达60～100W/dm3，对电网电压大范围变化具有很强的适应性，电压/负载稳定度高，输出电压保持时间长达20ms。但是线路复杂，电磁干扰和射频干扰大。

开关稳压电源和相控稳压电源相比，开关电源不需要工频变压器，工作频率高，所需的滤波电容小、电感小，因而体积小、重量轻、动态响应速度快。开关电源的开关频率都在20kHz以上，超出人耳的听觉范围，没有令人心烦的噪声。开关电源可以采用有效的功率因数校正技术，使功率因数达0.9以上，高的甚至达到0.99（如安圣的HD4850整流模块）。这些使得开关电源的性能几乎全面超过相控电源，在通信电源领域已大量取代相控电源。

开关电源的线路复杂，这种电路问世之初，其控制线路都由分立元件或运算放大器等集成电路组成。由于元件多，线路复杂以及随之而来的可靠性差等原因，严重影响了开关电源的广泛应用。

开关电源的发展与元器件和磁性材料的发展紧密相关。20世纪70年代后期，随着半导体技术的高度发展，高反压快速功率开关管使无工频变压器的开关稳压电源迅速实用化。而集成电路的迅速发展为开关稳压电源控制电路的集成化奠定了基础。陆续涌现出开关稳压电源专用的脉冲调制电路，如SG3526和TL494等，为开关稳压电源提供了成本低，性能优良可靠、使用方便的集成控制电路芯片，从而使得开关电源的电路由复杂变为简单。目前，开关稳压电源的输出纹波已可达100mV以下，射频干扰和电磁干扰也被抑制到很低的水平上。

总之，随着电源技术的发展，开关稳压电源的缺点正逐步被克服，其优点也得以充分发挥。尤其在当前能源比较紧张的情况下，开关稳压电源的高效率能够在节能上做出很大的贡献。

资讯2 直流供电系统的组成

直流供电系统由整流配电设备和蓄电池组成。对于供电容量较大的负荷，采用独立分置的整流、配电和蓄电池设备；对于供电容量较小的负荷，采用组合式单机架电源设备，即交/直流配电单元、高频开关整流器及蓄电池组合在一个机架上。

直流供电系统的整流器与蓄电池组合给通信设备供电的方式有3种：充放电方式、全浮充方式和半浮充方式。目前，在通信电源中，充放电方式供电已不再采用，因此只介绍全浮充和半浮充供电方式。

1.全浮充供电方式

在交流电源正常供电时，蓄电池与整流器并联浮充对通信设备供电，当交流电源出现故障而停止供电时，由蓄电池放电给通信设备供电。在交流电源排除故障并恢复供电后，整流器除向通信设备供电外，同时对放电后的蓄电池进行补充充电。这种全浮充供电方式的特点是蓄电池充电不脱离负载，设备运行维护简单，极大地减少了蓄电池的充放电循环次数，使蓄电池使用寿命得以延长。

虽然通信局（站）配置了直流基础供电系统，但需要对通信设备要求的其他种类电压供电，这就需要直流/直流转换器将基础电压变换为其他电压。在电力机房，直流/直流转换器通常配置一个或多个机架（箱）。对于数字通信设备所用的多种直流电压，通过直流/直流转换器来提供，这种直流/直流转换器随通信设备一体配置。

在全浮充供电方式下，智能化的高频开关整流器不仅可以对蓄电池在线均衡充电、容量检测，而且可以通过配置的监控模块实现对电池的充、放电全自动管理。

全浮充运行方式的直流供电系统，每台直流屏可接两组蓄电池。

2.半浮充供电方式

半浮充供电方式虽然也是蓄电池与整流器并联对通信设备浮充供电，但在部分时间由蓄电池单独放电保证通信设备供电。在实际运行中，采用太阳能电池供电的通信设备，白天采用蓄电池与整流器并联浮充供电，夜晚或阴雨天气由蓄电池放电保证通信设备供电。这种供电方式也适宜于白天负荷重、夜晚负荷轻的通信局（站）。