直流供电系统

学习目标
• 将市电变换为通信电路所需的直流或交流的 性能稳定可靠安全的能源设备均可称为“通 信电源”。通信电源大体上分为3种类型： AC-DC一次电源；DC-DC二次模块电源； 交流不间断电源UPS。通过本情境的学习， 了解直流供电系统的种类和组成，对集中直 流供电和分散直流供电方式有比较完整清楚 的印象。熟悉直流配电屏、整流模块、DCDC变换模块等电源设备，掌握直流电源的 使用和维护方法。
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。
图3-2 降压型开关电源原理图
• 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 频变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，控制电路使高频变换器输出脉冲 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。
• 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。
情境导引
• 通信局（站）内大部分设备采用－48V直流电源， 直流供电系统负责为通信负载提供安全、稳定、可 靠的电力保证，以确保通信设备的正常运行。直流 供电系统主要由交直流配电屏、整流器和蓄电池组 成。市电经交流配电屏接入开关电源，开关电源经 整流将380V交流变为－48V直流，通过直流配电 屏输出端子分别为交换、传输、数据、移动等设备 供电，同时对蓄电池组进行并联浮充。根据电信部 门的统计，在电源系统各种事故的比例中，与直流 供电系统有关的事故约占80%。因此，通信电源 的维护工作主要在直流供电系统，其日常维护和值 守的工作量也是最大的。
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
• 在图3-2中，波动的直流电压Ui输入高频变换器（即为开 关管Q和二极管D），经高频变换器转变为高频（≥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
• 线性稳压电源的动态响应非常快，稳压性能好，只可惜功率 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，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。
任务指南
• 任务1认知直流供电系统的种类和组成 • 任务2直流电源供电方式的认知 • 任务3了解直流电源设备 • 任务4掌握直流电源的使用与维护方法
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，从而实现输出稳压。
图3-1 线性串联稳压电源原理图
• 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。