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【摘要】交流电源是目前的通讯数据设备中比较常用的电源，交流电与市电的的电压、频率的需求几乎相同，不同之处就是交流电的供电质量比市电的要求高。我国目前的数据通信系统多使用UPS不间断电源进行供电，这是为了确保数据通讯设备的安全性。高频开关整流模式在通信业务中的应用具有可靠性强、稳定性好、高效率、低能耗、比较方便维护等优点，其性能符合通信电源系统的发展趋势要求。本文主要分析了高压直流的供电优势和可行性，并简述了高频开关整流模块设计。
【关键词】高压直流电;通信电源;高频开关
一、引言
数据通讯的业务发展里程比较短，发展速度比较快，前几年，通信数据设备供电的UPS不间断电源系统配置多为200 KVA以下的1+1 并机冗余系统。但是现在，信息技术的快速发展，带动了通信数据技术质的飞跃，尤其是快速发展IDC业务，使不间断大容量UPS电源系统大幅增加，400KVA 2+1并机冗余系统成为了主要的UPS 不间断电源系，其电池配备多为6V和12V。以下就是对高压直流电的可行性和优势进行分析，并且阐述通信电源中的高频开关整流模块设计。
二、高压直流电的供电可行性及优势
我国目前几乎都使用交流电220v的服务器接入UPS用电业务的电源之中，AC/DC 整流电路和AC/DC 整流电路着两部分组成了服务器的内部电源。其中，服务器的滤波器、全桥整流电路和平滑滤波等电路组成了服务器，高频逆变电路、隔离变压器和整流滤波电路等构成了DC/DC 变换电路。一般情况下，服务器允许的交流输入电压为 220 V±25%的范围内，即是165- 275V，也就是说，电容的平均电压的范围198- 330 V是整流后滤波，389 V为最高峰值电压。直流母线满足服务器工作电源要求的波动范围是在216-282V之间。此外，高压直流电源技术已经成熟的广泛地应用于通信设备中，并且已经有几十年的运行经验了，通信用高压直流电源其电压等级与电力用直流操作电源相同。因此，电力用直流操作电源系统对于通信用高压直流电源的系统设计来说，有很多可以借鉴的优点。另外，高频开关式整流器的成功运行和维护经验也有几十余年了。
高压直流电的供电优势有：
1）高压直流电在供电备份冗余上与直流-48V开关整流模块的配置几乎相同，减轻了供电系统的配置负担，只需要整流模块 N+1的并份即可（N为主用模块数量）。
2）在高压直流供电系统中，整流机柜并机比较方便，可以提高系统扩容效率，节约投资成本。
3）该模式的控制系统与UPS相比较，供电模式并机简单，不存在交流电源振幅、频率、相位等参数，减少了系统的故障点。
4）直流开关整流器模块为该系统的核心部位，维护起来比较方便。
5）该系统在整组后，备电池单体只数相应的减少了很多，也减少了系统中的故障发生，确保了系统供电安全的可靠性。
6）系统中不存在单瓶颈故障隐患，因为没有设置自动静态旁路开关。
7）不需要反复变换，系统变换效率与UPS比较，其供电性能稍高，有利于电能的节约。240v高压直流电供电模式在国内的电信运营商中的应用，已经有十几年的经验了，经过运营事实证明了高压直流供电模式对于电信数据业务来说是比较安全可靠的。
三、高频开关电源系统中的的整流模式设计
高频开关电源系统中的重要部分就是整流模块，因为整流模式的稳定性直接关系到系统的直流电压输出和工作时电压输出的正常。本文所阐述的整流模式设计，主要是利用无源PFC和DC/DC变换器的原理，在模块整流原理上进行的改进和完善，以实现使模块能够有效完成整流作用的目的。其工作原理框图如图1所示：
图1 整理模式的工作原理图
在工作过程中，想要保证模块后级电路的安全，就应该使其先通过防雷处理和滤波对输入的三相交流进行处理。经过处理后，把三相交流转换成高压直流的时候要经过整流和无源PFC，高压直流要电压要经过DC/DC变换器再次转换才能输出。此外，模块控制部分还发挥着保证输出电压的稳定的作用以及保护各模块部件的作用，例如负责过压、过流以及短路保护等作用。模块还在远程监控中提供了遥控、遥调、遥测、遥信等四遥接口。有效功率除以总耗电量（视在功率）的比值就是即功率因数校正，简称PFC，它用来表示有效功率与总耗电量（视在功率）之间的关系。无源PFC般情况下由二极管、电阻、电容和电感等无源器材组成，是指不使用一些有源器件，例如晶体管等组成的校正电路。本文中的PFC组成就是利用电感上的电流不能突变的特性来平滑电容充电强脉冲的波动，以实现改善电路中电流的畸变的目的，就是在整流桥堆和滤波电容之间加1个电感，改善功率因数和电磁干扰，并利用电感上的电压超前于电流的特性，来补偿滤波电容电流超前电压的特性。但是这种方式对于校正电流畸变和补偿功率因数的效果有限，只能实现抑制电流突变的目的，是一种简单的补偿措施。
固定的直流电压借助DC/DC变换器就可以变换为可变的直流电压，这种控制的优点就是能够节约电能、提高平稳性和响应的速度。一般情况下，把变阻器换成直流斩波器，可以节约20%～30%的电能。直流斩波器的优势有：调压、抑制电网侧谐波电流噪声等作用。本文所说的DC/DC变换器，采用的是双管正激式DC/DC变换器，变压器T1发挥着隔离和变压的效果，如果想要实现能量的储存及传递只需要在输出端要加一个电感器Lo（续流电感）即可。由于VD1、VD2的导通限制了两个调整管关断时所承受的电压，因此，变压器初级无再有复位绕组。整流二极VD3和一个续流二极管VD4既可以构成一个输出回路，也可以选用回复时间比较快的VD3、VD4。为了实现降低文波电压的效果，应该选择大容量的滤波电容。双管正激式DC/DC变换器的工作特点有以下几点：
1）VD1、VD2应该选择快恢复管，使它们在其实际设计和调试中只许很短的时间就可以恢复，满足两个开关在任何工作状态下可以承受的电压都不会超过UIN和Ud的条件;
2）双管正激式DC/DC变换器不需要复位电路，与单端正激式DC/DC变换器相比，其电路和变压器的设计比较简化，即使使用耐压值较低功率器件，它也会有很大的功率等级;
3）工作状态比较一致的两个开关管，会出现同时通态或断态的状况，因此，可以选择智能高频开关电源，整流电路将交流电变为脉动直流电的时候，会含有大量的交流成分（称为纹波电压）。
想要获得平滑的直流电压，可以加接滤波电路在整流电路的后面，达到滤去交流部分的目的。缩短二极管得到时间，应该留有足够的电流裕量，可以在桥式整流电路输出端与负载之间并联一个大电容，电容CO充电的瞬时电流较大，会导致二极管损坏。
四、总结
综上所述，本文主要针对高压直流通信电源中的高频开关整流模块设计的阐述，可以发现利用无源PFC电路，能够实现改善电路中电流畸变的目的。该系统可以准确的将进行交流变换，缺点就是成本比较高，同时对于备用电源充电时的均匀性比较弱，防雷滤波的效果也不是太好，因此，需要在这些方面进行提高。
参考文献
[1]李稳孙.高压直流供电模式的探讨[J].现代电信科技，2011，03：66-67.
[2]潘亚培.基于DSP的高频开关电源设计与实现[D].南京理工大学，2013.
[3]李亚立.廊坊电力通信网建设项目的可靠性研究[D].华北电力大学，2012.
【关键词】高压直流电;通信电源;高频开关
一、引言
数据通讯的业务发展里程比较短，发展速度比较快，前几年，通信数据设备供电的UPS不间断电源系统配置多为200 KVA以下的1+1 并机冗余系统。但是现在，信息技术的快速发展，带动了通信数据技术质的飞跃，尤其是快速发展IDC业务，使不间断大容量UPS电源系统大幅增加，400KVA 2+1并机冗余系统成为了主要的UPS 不间断电源系，其电池配备多为6V和12V。以下就是对高压直流电的可行性和优势进行分析，并且阐述通信电源中的高频开关整流模块设计。
二、高压直流电的供电可行性及优势
我国目前几乎都使用交流电220v的服务器接入UPS用电业务的电源之中，AC/DC 整流电路和AC/DC 整流电路着两部分组成了服务器的内部电源。其中，服务器的滤波器、全桥整流电路和平滑滤波等电路组成了服务器，高频逆变电路、隔离变压器和整流滤波电路等构成了DC/DC 变换电路。一般情况下，服务器允许的交流输入电压为 220 V±25%的范围内，即是165- 275V，也就是说，电容的平均电压的范围198- 330 V是整流后滤波，389 V为最高峰值电压。直流母线满足服务器工作电源要求的波动范围是在216-282V之间。此外，高压直流电源技术已经成熟的广泛地应用于通信设备中，并且已经有几十年的运行经验了，通信用高压直流电源其电压等级与电力用直流操作电源相同。因此，电力用直流操作电源系统对于通信用高压直流电源的系统设计来说，有很多可以借鉴的优点。另外，高频开关式整流器的成功运行和维护经验也有几十余年了。
高压直流电的供电优势有：
1）高压直流电在供电备份冗余上与直流-48V开关整流模块的配置几乎相同，减轻了供电系统的配置负担，只需要整流模块 N+1的并份即可（N为主用模块数量）。
2）在高压直流供电系统中，整流机柜并机比较方便，可以提高系统扩容效率，节约投资成本。
3）该模式的控制系统与UPS相比较，供电模式并机简单，不存在交流电源振幅、频率、相位等参数，减少了系统的故障点。
4）直流开关整流器模块为该系统的核心部位，维护起来比较方便。
5）该系统在整组后，备电池单体只数相应的减少了很多，也减少了系统中的故障发生，确保了系统供电安全的可靠性。
6）系统中不存在单瓶颈故障隐患，因为没有设置自动静态旁路开关。
7）不需要反复变换，系统变换效率与UPS比较，其供电性能稍高，有利于电能的节约。240v高压直流电供电模式在国内的电信运营商中的应用，已经有十几年的经验了，经过运营事实证明了高压直流供电模式对于电信数据业务来说是比较安全可靠的。
三、高频开关电源系统中的的整流模式设计
高频开关电源系统中的重要部分就是整流模块，因为整流模式的稳定性直接关系到系统的直流电压输出和工作时电压输出的正常。本文所阐述的整流模式设计，主要是利用无源PFC和DC/DC变换器的原理，在模块整流原理上进行的改进和完善，以实现使模块能够有效完成整流作用的目的。其工作原理框图如图1所示：
图1 整理模式的工作原理图
在工作过程中，想要保证模块后级电路的安全，就应该使其先通过防雷处理和滤波对输入的三相交流进行处理。经过处理后，把三相交流转换成高压直流的时候要经过整流和无源PFC，高压直流要电压要经过DC/DC变换器再次转换才能输出。此外，模块控制部分还发挥着保证输出电压的稳定的作用以及保护各模块部件的作用，例如负责过压、过流以及短路保护等作用。模块还在远程监控中提供了遥控、遥调、遥测、遥信等四遥接口。有效功率除以总耗电量（视在功率）的比值就是即功率因数校正，简称PFC，它用来表示有效功率与总耗电量（视在功率）之间的关系。无源PFC般情况下由二极管、电阻、电容和电感等无源器材组成，是指不使用一些有源器件，例如晶体管等组成的校正电路。本文中的PFC组成就是利用电感上的电流不能突变的特性来平滑电容充电强脉冲的波动，以实现改善电路中电流的畸变的目的，就是在整流桥堆和滤波电容之间加1个电感，改善功率因数和电磁干扰，并利用电感上的电压超前于电流的特性，来补偿滤波电容电流超前电压的特性。但是这种方式对于校正电流畸变和补偿功率因数的效果有限，只能实现抑制电流突变的目的，是一种简单的补偿措施。
固定的直流电压借助DC/DC变换器就可以变换为可变的直流电压，这种控制的优点就是能够节约电能、提高平稳性和响应的速度。一般情况下，把变阻器换成直流斩波器，可以节约20%～30%的电能。直流斩波器的优势有：调压、抑制电网侧谐波电流噪声等作用。本文所说的DC/DC变换器，采用的是双管正激式DC/DC变换器，变压器T1发挥着隔离和变压的效果，如果想要实现能量的储存及传递只需要在输出端要加一个电感器Lo（续流电感）即可。由于VD1、VD2的导通限制了两个调整管关断时所承受的电压，因此，变压器初级无再有复位绕组。整流二极VD3和一个续流二极管VD4既可以构成一个输出回路，也可以选用回复时间比较快的VD3、VD4。为了实现降低文波电压的效果，应该选择大容量的滤波电容。双管正激式DC/DC变换器的工作特点有以下几点：
1）VD1、VD2应该选择快恢复管，使它们在其实际设计和调试中只许很短的时间就可以恢复，满足两个开关在任何工作状态下可以承受的电压都不会超过UIN和Ud的条件;
2）双管正激式DC/DC变换器不需要复位电路，与单端正激式DC/DC变换器相比，其电路和变压器的设计比较简化，即使使用耐压值较低功率器件，它也会有很大的功率等级;
3）工作状态比较一致的两个开关管，会出现同时通态或断态的状况，因此，可以选择智能高频开关电源，整流电路将交流电变为脉动直流电的时候，会含有大量的交流成分（称为纹波电压）。
想要获得平滑的直流电压，可以加接滤波电路在整流电路的后面，达到滤去交流部分的目的。缩短二极管得到时间，应该留有足够的电流裕量，可以在桥式整流电路输出端与负载之间并联一个大电容，电容CO充电的瞬时电流较大，会导致二极管损坏。
四、总结
综上所述，本文主要针对高压直流通信电源中的高频开关整流模块设计的阐述，可以发现利用无源PFC电路，能够实现改善电路中电流畸变的目的。该系统可以准确的将进行交流变换，缺点就是成本比较高，同时对于备用电源充电时的均匀性比较弱，防雷滤波的效果也不是太好，因此，需要在这些方面进行提高。
参考文献
[1]李稳孙.高压直流供电模式的探讨[J].现代电信科技，2011，03：66-67.
[2]潘亚培.基于DSP的高频开关电源设计与实现[D].南京理工大学，2013.
[3]李亚立.廊坊电力通信网建设项目的可靠性研究[D].华北电力大学，2012.