-48V嵌入式通信电源解决方案

一、前言

　　随着通信行业的大力发展，农话、小交换点、传输基站、接入网、广电等领域在基础建设上进行了大力投入，对中小容量电源的需求也日益旺盛，铁路等专网领域亦如此。在目前正能ZNDU系列产品中，中、小容量的组合电源系统主要包括ZNDU90B、ZNDU180、ZNDU300以及ZNDU90E，这些系统在某些方面已不能完全满足用户多样化的需要。为满足市场需求，增强ZNDU系列组合电源在中、小容量领域的竞争力，以嵌入式整流器组成的电源系统的研制被提上日程。正能实业以ZXD800E 15A开关整流器为基础，组成了ZNDU45和ZNDU150两种系统，下文分别予以介绍。

二、ZNDU45-45A嵌入式电源系统

　　ZNDU45是为接入网配套开发的嵌入式系统，宽19英寸。该系统集交直流配电、整流器、监控单元于一体，满配置额定输出为-48V/45A，良好的电磁兼容设计使得系统可以用于一体化的接入网机架而和接入网设备互不干扰。
　　
　　系统的外形共有6个槽位：整流器占3个槽位，交直流配电单元占2个槽位，监控单元占一个槽位。系统采用插箱结构，整流器和监控单元采用热插拔方式，安装、维护方便。

　　整流器单元采用最先进的功率变换技术，在全负载范围内都有很高的转换效率。损耗减少，不仅为用户降低了运行成本，而且使系统的可靠性得到有效保证。功率因数校正技术的应用，一方面提高了系统的功率因数（接近于1），另一方面使后级功率变换电路的直流输入电压相对稳定，工作更加可靠，在交流输入（130～300）V的范围内整流器可以输出额定功率。由于使用小容量电源系统的地区电网大多不稳定，有些地区甚至使用的是极其不稳定的小水电，嵌入式整流器对交流电网极强的适应能力使得在电力不稳定地区也可放心使用。
　　
　　系统满配置为三个整流器，每个整流器的额定输出为15A。由于接入网一体化机架的用电量不大，如果以更大容量的整流器组成系统供电是不合适的，因为如果以单个大容量的整流器供电，系统没有备份，不安全；如果以2个或更多的大容量的整流器供电，则不经济，出现“大马拉小车”的现象。而以15A整流器组成系统，既经济，备份方式也更加合理。
交直流配电单元完成交流电源的输入与防雷保护、直流输出的分配、蓄电池的接入与保护等功能，并为监控单元提供检测信号。由于系统的容量很小，系统采用单相交流电源供电，在交流输入（130～300）V的范围内，系统可以正常工作。由于该系统主要用于一体化的接入网机架，配电单元遵循“简单即可靠”的原则，为接入网一体化机架度身定做，经济实用。
　　
　　监控单元是系统的核心。实时检测交直流配电单元、整流器单元和蓄电池组的工作状态，对数据进行分析、处理，根据分析的结果完成系统的管理功能。监控单元具有本地的人机界面并可以通过多种传输方式和监控中心连接，实现远程监控。

三、 ZNDU150 150A组合电源系统

　　ZNDU150 150A组合电源系统采用独立的一体化组合电源机架，整机外形尺寸和ZNDU600E 600A组合电源系统兼容，高、宽、深分别为2000、600、660mm。系统集交流配电、整流器、直流配电、监控单元、二次模块、蓄电池组为一体，可广泛使用于中、小容量的程控交换局、移动基站、卫星地球站等场合，尤其适用于为农村电话支局、微波中继站、铁路信号站的通信设备供电。良好的电磁兼容设计使得系统可以和主设备放在一起而不互相干扰。

　　系统的共分三层：

　　上层为交流配电单元和直流配电单元。交流配电单元位于机柜的上部前方，完成交流输入的防雷保护、多路交流输入的切换以及三相交流的分配，并为监控单元提供检测信号。根据用户不同的要求，交流输入可以提供单路手动、双路手动、双路自动切换等方式。在多路交流输入方式下，多路输入回路之间有可靠的电气和机械互锁装置。系统交流输入采用三相五线制输入方式，在没有三相电源的场合，也允许单相三线方式输入，方便用户的使用（系统在单相三线输入时，零线要适当加粗）。
　　
　　直流配电单元位于机柜的上部后方，主要完成直流输出的分配与保护、蓄电池的接入与保护等功能。直流输出路数可以根据用户的需求灵活进行配置，在交流发生故障的情况下，还完成直流应急照明的输出，为工程现场提供照明。系统可以接入两组蓄电池，当交流输入故障、整流器组不能提供直流电源时由蓄电池组给直流负载、二次模块和监控单元供电，保证用电设备不间断工作。
机柜的中间为整流器和监控单元，分为两层排列，每层6个槽位。监控单元占用一个槽位，另外的11个槽位分配给整流器单元，系统可以在（30～165）A之间灵活配置，满配置输出容量为 165A。整流器单元对输入的交流电能进行转换，变换成稳定的直流电源供给直流配电单元。整流器单元通过与背板的接口为监控单元提供检测信号。整流器和监控单元采用热插拔方式，维护、更换都很方便。
电池仓位于机柜的下部。一般的，用户将电池组放在机柜的外部，电池仓可以用来储藏工程维护用的工具、说明书等资料；也可以将小容量的电池组放在系统机柜的下部，特别适用于移动基站等对空间有特别要求的场合。
　　
　　机架下部电池仓的上方有一个单元可以用来放置二次电源模块ZXDCMI。ZXDCMI模块为-48V输入，6V/13.8V/24V多路输出，满足用户多个直流电压等级的需求。当二次模块故障时，通过干节点将告警信息传送给监控单元。二次模块一般在ZNDU150用做铁路信号站电源时使用。
　　
　　监控单元是该系统的核心，外形和整流器相同，占用一个整流器槽位。监控单元实时检测交流配电单元、整流器单元、直流配电单元、二次模块、蓄电池组的工作状态，对数据进行分析、处理，根据分析的结果完成系统的管理功能。监控单元具有本地人机界面，并可通过多种传输方式和监控中心连接，实现远程监控。当告警发生时，除了系统前端提供声、光告警以外，还可通过通信单元将告警信息送往远端，也可通过8 个干节点状态的改变对维护人员进行提示。
　　
　　系统具有完善的蓄电池管理功能，可以对蓄电池进行温度补偿，根据测得的电池温度，调整整流器的输出电压；可以对蓄电池进行自动均浮充管理，根据交流停电时蓄电池放电的深度或周期性地对蓄电池进行均浮充管理；在交流停电时监视蓄电池的放电状态并在过放电时提供保护功能。蓄电池管理功能的实施，可最大限度地延长蓄电池的使用寿命。
　　
　　可以根据用户的需求提供蓄电池放电时的二次下电功能，将直流负载根据重要性的不同分为两组，在交流停电时由蓄电池组给负载供电，监控单元根据蓄电池放电的深度和负载重要程度的不同将负载分两次切除（先切除次要负载，如果蓄电池继续放电则切除全部负载）。二次下电功能的实现，在保护蓄电池不致过放电的同时保证了重要设备有尽可能长的工作时间。

四、ZXD800E主要技术特点

　　ZXD800E高频开关整流器是嵌入式电源的核心。它为单相交流输入，额定输出48V、15A。其结构为国际标准化设计，高度为3U ，宽度70mm 。19英寸标准机柜一层可以安排6个槽位。ZXD800E高频开关整流器具有以下突出特点：
　　
　　高功率密度。采用混合散热设计方法，以自然冷却和强迫风冷相结合，ZXD800E整流器的功率功度可达到430mW/cm3，重量小于2kg，在国内外同类产品中处于领先水平。同时由于前后风道设计，可使其安装在任何结构的通信系统中都不会影响系统其它部件的正常工作。
　　
　　在交流输入130Vac--300Vac范围内整流器可全额功率输出。 ZXD800E整流器功率级由两级组成，前级完成功率因数校正，使其在全输入电压范围内功率因数为1 ，并进行电压预调整。后级主要完成功率变换和电压转换。宽范围输入电压设计使嵌入式电源对电网的适应能力大大增强，特别适合边远电网不稳定地区使用。
　　
　　工作温度范围宽。ZXD800E整流器在-15℃--+55℃环境温度条件下可全额功率输出，在高温条件下进行适当的降额，工作温度范围上限可达+65℃，能满足从寒冷气候到热天气的储存和使用要求。通过合理的包装设计，能满足公路、铁路、飞机、海船等运输条件。

　　高技术保证高可靠性。ZXD800E采用特殊技术软化开关功率器件的开关过程，再大限度的减小功率器件的电压和电流应力，通过合理的风道设计降低功率器件特别是电解电容的温升，提高整机的可靠性。

　　良好的电磁兼容性。ZXD800E采用边界调频和无损吸收技术，并通过有效的屏蔽、接地、滤波，使其具有良好的电磁兼容性。其传导和辐射发射指标满足EN55022的B级要求，输出杂音指标远远优于邮标的要求。由ZXD800E组成的嵌入式电源即使与通信系统置于同一机架，也不会相互干扰。是“ 绿色电源”之极品。

　　ZXD800E整流器采用热接插技术，即插即用大大缩短系统的MTTR，同时实现了前维护，改善了系统的维护特性。

五、总结

　　ZNDU45和ZNDU150均由ZXD800E 15A开关整流器组成的中、小容量组合电源系统，系统的配电方式灵活、蓄电池管理等功能齐全、功率因数接近1、在全负载范围内都具有很高的效率、可靠性高。特别是对交流电网极强的适应能力、良好的电磁兼容性和较低的成本，使得该系列的组合电源系统具有很强的市场竞争能力。