通信电源组合式开关电源系统改造

焦丹丹，杨 帆，姚鸿宾，王 为

(黑龙江省科学院高技术研究院，哈尔滨 150001)

随着电信通信工程的快速发展，通信设备的容量、建设数量也在不断增大。通信电源是通信工程正常化、高效化运营的基础，基于工业生产需要，组合式开关电源在通信电源中获得了广泛应用，但存在着容量不足、安全隐患较大等问题，需要优化开关组合应用方式。

1 组合式开关电源工作原理

电源在现代机械设备中的应用十分广泛。组合式开关电源是组合式变流电路控制管理的基本单元，在二极管不控整流桥的支撑下，将单相交流电变换为带高次谐波直流电，通过滤波电容C的作用，将交流变直流后的高次谐波滤除。滤波后的直流将直接接入单相桥式逆变器，该逆变器由Q1～Q4四个开关组合而成。电源开关控制管理中，Q1～Q4的控制开关会协调作用，在其影响下，直流电将被转化为几千至几万赫兹的高频交流电。高频变压器T会对这些高频交流电进行变压和隔离，同时在二极管 VDr1、VDr2的支撑下，将高频交流整流为直流。该过程中，二极管 VDr1、VDr2的本质为单相全波整流电路，借助于电感Lr和电容Cr，滤波后的直流电流就可以稳定输出[1]。组合式电源开关工作原理如图1所示。

图1 组合式电源开关工作原理Fig.1 Working principle of combined power switch

在整个组合式开关电源控制过程中，Q1～Q4开关的控制管理极为关键。该组合开关是一个逆变器，主要是通过脉冲宽度调制技术进行控制管理，控制人员只要改变脉冲宽度，就可以实现整流输出电压。在组合式开关应用中，高频调制系统的应用能有效提升电路系统的能量传输密度，减小变压器的体积和质量，为组合式开关的便携性管理提供条件，这也是区别线性电源开关的主要标志。

2 通信电源中组合式开关电源的改造价值

电信通行业务数量不断增长，因而电气设备的容量也在不断增大。为完成供电任务，促进通信业务发展，需对组合式开关电源进行改造升级。电信通信业务发展迅速，而部分企业电力机房的设备已经老化，设备容量不足，使得设备在高频率电流转化、传输过程中存在较大的安全隐患。为保证通信网络的安全运行，需要对高频开关电源进行改造。组合式开关电源是通信网动力系统控制的关键设备，随着科技的进步，人们对通信电源的控制应用提出了更高的要求，在满足通信工程正常供电需要的同时，还应通过精确控制，实现通信电源和电网电容的节能管理，提升其经济效益，因此有必要进行通信电源组合式开关电源系统改造。

3 基于特定情境的通信电源组合式开关电源系统改造要点

组合式开关电源已广泛应用于通信电源中，改造过程中，提高开关器件的工作频率，降低变压器、滤波电感和电容的体积是提高电源控制管理效率的有效途径[2]。结合通信网应用需要，对这些要素进行改造管理，最高可使电源控制效率达到90%以上。

3.1 基于新机架扩容的组合式开关电源改造

通信业务中，部分机房空位置富余可以进行新机架扩容。设定在扩容过程中需要利用原有整流系统进行割接，此时组合式开关电源的改造不仅需要考虑造价因素，还应保证原有整流系统交流电缆的利用率，需对交流电缆走线位置进行控制管理。要让交流电缆从机房左侧引上，沿机柜顶电力电缆走线架至交流屏，以确保直流电流能布放至各机房用电设备。在组合式开关电源实际改造中，应按照要求进行交流屏、整流屏和直流屏的重新安装，应以新增直流屏为基础，布放到DC列柜、高频DC屏的电力电缆。要实现新增系统与原有整流系统的衔接，并对两个系统电容电流频率进行调整，使两套系统频率相同。在用电设备交割过程中，需按照交割的原则进行负载电路交割，并在断开旧交流屏输入电缆的同时，实现原有交流输入电缆与新交流屏的连接，完成电流系统割接。

3.2 无新机架扩容的组合式开关电源改造

在组合式电源开关改造过程中，受机房环境影响，部分组合式电源开关系统无法进行新机架扩容，这使得原有整流系统割接难度增大。此类组合式电源开关系统往往会有其他条件限制：在系统割接过程中，有的直流负载割接过程不能断电，这使得整个系统割接处于带电状态。交流电缆通往交流屏的过程中，需要经过馈线孔，并从机柜顶电力电缆走线架经过。一些交流电缆难以重新布放，使得项目难度较大，且工程造价较高。受机房场地影响，整个改造项目新电源系统安装位置有限，改造人员只能在原位置进行系统割接。针对这些改造难点问题，在实际改造中，应注重以下几点：

应从整体出发，进行拟改造设备单元的有效统筹。无新机架扩容组合式开关电源改造时，应注重电源系统、直流屏、整流机架的有效优化，且所有设备单元的优化改造均要在原位置实现安装[3]。改造前，应对系统进行勘察分析，设计合理的改造方案。当直流屏A只有少数负载时，可将流屏A上的负载转移到直流屏B中，然后拆除直流屏A，并在该位置安装新的直流屏，确保新直流屏处于不带电状态。对现有直流屏的负载进行分割管理，即将其引流至新增直流屏，使改造直流屏负载路径为A、B两路，然后通过线路负载转移及备份管理，实现系统的不断电割接。进行整流屏系统的有效安装，确保新增整流屏、直流屏、交流屏的规范衔接。安装过程中，整个整流系统需保持在不带电状态。

除上述特定环境外，部分通信电源组合式开关电源改造中，工作人员既无法增加新机架，还需要对整流机架的整流模块进行升级改造。针对此类情况，一方面，应注重电力电缆电池组的有效互联，在对应交流屏上关闭输入电源，逐个拆除整流模块。另一方面，应确保整流模块、监控模块拆除瞬间各整流机架均为空机架，通过临时供电系统进行直流屏配电。此外，应按与拆除相反的顺序，对整流架进行改造，在安装新模块后，需确保安装模块运行参数与整个通信网系统吻合，实现控制通信网动力系统的有效管理。

4 结语

组合式开关系统改造对通信电源的应用具有重要影响。生产实践中，只有充分认识组合式开关的运作原理，在明确开关改造对通信工程电容系统影响的基础上，基于特定环境进行开关系统改造，才能有效提升组合式开关的控制管理质量，确保通信电源系统控制管理的精确性、稳定性和安全性，进而推动通信工程的有序发展。