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通信电源系统整流模块的选择
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| 摘 要：本文介绍通信电源系统选择整流模块的冷却方式，输入电压范围，输出限流特性和运行温度范围等多种因素对选择电源系统方案的重要影响。 |
| 关键词：通信电源 整流模块 |
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1、概论 为一个通信电源系统选择整流模块要考虑很多因素。过去，电信公司常常选择冗余量很大的系统方案。但是，随着全球性市场竞争的日趋激烈和各国在法律上不断对产品的安全性和EMC提出新的要求，使得选择电源方案的条件更加苛刻。使用标准组件来配置系统是一种可行的方案。整流模块是电源系统的心脏。本文研究了与模块有关的许多因素以及模块的运行环境，并从逻辑上提供选择通信电源系统整流模块的方法，涉及范围仅限于单相200W～6kW的整流模块。 |
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2、冷却方式—风冷和自冷的选择 一个系统的冷却方式对整流模块的选择有非常大的影响。在同样功率、同等条件下，风冷和自冷模块的区别在于外形大小及成本多少。选择自然冷却，可得到较长的产品寿命，明显低的维护成本。风冷模块在成本和尺寸上的占有优势，但存在噪音，灰尘，风扇寿命和可靠性的缺点，因为风冷模块的半导体器件比自冷系统温升更低，因而更可靠。 除了风冷和自冷技术外，另外两种技术也越来越流行：外部系统冷却和辅助冷却。外部系统冷却是指由中央冷却装置提供空气流对整流模块进行冷却。这种方法可以得到高功率密度，避免了模块电源内装风扇带来的一些缺点，也冷却其它部分的通信系统。辅助风冷是指模块的冷却是由间断运行的风扇提供的。如果温度过高或持续输出大电流时，风扇就会运转。该方法的好处有：在不更换的情况下，风扇间断运转使得系统设计寿命比模块内强制风冷要长。由于风扇间断运行，灰尘和噪音问题也大大缓解。 |
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3、输入电压范围的选择 为特定的应用场合选择正确的输入电压范围越来越重要。为了满足国际上规定的对输入谐波的要求，具有110V输入功率因数校正电路的整流模块，是具有全球通用的输入电压范围的产品。 在宽电压范围内要提供完全的性能将会给整流模块带来成本和尺寸上的显著增加。 |
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4、限流特性 通常电源系统在整个电压输出范围内具有恒流特性，仔细考虑负载的所有真实特性可以使系统得到优化。加在一个通信电源系统上的负载实际上是许多小负载的总和。一些负载是电阻性的，一些是恒电流性的，一些是恒功率性的，电池组也会因充电状态的变化而使充电电流变化。如果系统以工作在电池浮充电压下的总负载电流（包含电池充电电流）来确定其容量，那么就会富余很多的供电容量。采用现代开关式拓扑技术可以轻易地做到根据总负载要求来确定输出特性，使得在一定的负载组合下减小总的安装功率，使系统得到优化。 |
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5、温度范围的影响 通信设备的运行温度范围是非常重要的参数。一些设备要求工作在室温下，而另一些设备要求工作在很宽的温度范围内（如－40℃至＋65℃）。为达到所有元器件可靠地工作和限度减少成本的目的，应仔细估算在两个极端温度点处是否需要达到完全的性能指标，即在很低的温度下完全达到常温时的系统指标是否必要？在很高的温度时是否有必要提供功率输出？实际上，在极端温度点处对模块的要求越低，系统就可以越经济。一般电源在高于一定温度值时其功率额定值会降低。即在温升20℃时输出功率减少30％。 当电池处于高度充电状态时，整流模块的输出需在恒压下运行。但当电池刚开始充电时，模块需在恒流状态下持续运行一定的时间。如果采用温度降额（即温度升高额定输出功率降低），必须同时减小限流点（保证在限流时安全运行）以确保模块在的环境温度条件下其功率容量不会超出设计值。实际上要在高温下运行，整流模块的限流点比在较低温度条件下运行时的限流点更低。 在实际应用中，通常的工作环境温度会因气候的变化和系统的运行条件的变化而变化。整流模块一般不会在其指定的环境温度条件下持续运行相当长时间。如果模块限制的温度控制适当，就能在大多数运行情况下，只对模块在环境温度时的容量作限制，使电源系统的功率化（特别是当模块的输入电压偏向下限时）。如果要限制模块的输出容量以满足在环境温度下能在正常的功率范围内安全运行，可在模块内安装适合的温度监控系统，在较低温的条件下可自动提供更大的功率。 |
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6、整流模块增加的功能和信号的选择 简单的整流模块仅仅是给通信系统供电。但实际应用时，需要模块能提供更多的报警信号或辅助功能。有时模块只提供一路“输出正常”或“模块失效”信号就够了，但有时必须提供很复杂的信号，并在模块上带显示。设计灵活的整流模块可根据用户的需要而随意改变和扩充信号，不需要对电源的核心作变动。一个使电源系统简化的新功能是整流器内置低压断开装置，这一功能会在市电断电一段时间后电池电压低于阈值时发挥作用，这就防止了电池的永久性损坏。 带智能信号的模块已越来越受欢迎，这使终端用户更容易编程控制。这同时也使模块更容易适应不同用户的要求。智能信号可帮助厂商降低成本，减少维修程序，也减少了对劳动力的需要。在整流模块中越来越普遍使用的信号是：输出电流信号，限流可编程，强制均流，电池温度补偿。 |
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7、整流模块的可连接性 整流模块和系统的连接方式对制造厂商的成本有很大的影响。需要连接的三个端口是交流输入，直流输出和报警信号。简单的模块具有连接电源输入输出的螺栓连接和一个简单的多针信号连接器，但这种连接越来越不受欢迎，因为安装和更换相对比较困难。 当今流行的趋势是“热插拔”模块，它们可自动和交流电源、直流汇流条、各报警监控电路连接，因为模块可以滑进自身的支撑架里。安装和拆卸根本不需要任何技能。 还有一些整流模块采用介于以上两种方式之间的连接方法。 模块连接性的正确选择很大程度上根据实际应用和地点而定。如果使用地点很远，安装和维修需要技术性很强的人员，这种情况好选用热插拔模块。如果在技术人员随时可到的地点使用，那么低成本的连接器更实用。 |
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8、小结 许多相互关联的因素会影响对通信用整流模块的选择。如果在坏故障条件下设定整流器的技术指标，系统将具有比实际需要更大的容量。冷却方式的选择会影响整流器的物理尺寸。模块内的功耗会随着输入电压的下降而明显增加，因此优化配置系统时认真设定输入电压的技术指标非常重要。如果部分恒功率限流特性应用于一定的负载类型，整流器的大功率可有20％的偏差。灵活分析限流特性温度以确保在高温条件下提供足够的容量。整流模块内的增强功能很大程度上简化了电源系统，而且模块提供的正确信号技术将确保系统的简易维修。 总而言之，影响优化选择通信电源系统整流模块的因素很多，要优化配置一个电源，就必须全面了解整个系统。 |
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