通信整流器的运行要求优化方案

通信整流器是通信电源中的一个重要组成部分，对它的性能要求，则由其在通信电源中的位置来决定。

欧洲通信标准委员会已根据通信电源站的三级电源组成，在1995年制定了第二级电源和含第三级电源的主机设备的连接界面上的技术要求标准。它分为A、B两部分：A部分是交流供电系统的，B部分是直流供电系统的。虽然在直流供电系统和交流供电系统的第二级及交流供电系统的第三级电源中都有整流器，但要求不尽相同。例如，交流供电系统第二级电源中的整流器并不直接连接通信设备，其对整流器的输出杂音要求比较低。而第三级电源中的整流器因无电池并联，故动态要求相对较高。至于由多个整流模块（rectifier modules）组成的整流器列架电源（rack power）也会和单个模块要求有些不同。首先，第二级电源与第一级电源、第三级电源各形成一个界面，故整流器应满足2个界面的相关规范要求。其次，要作为不间断电源，整流器必须与蓄电池相连，故整流器还应满足蓄电池性能及电池管理的要求。此外，整流器还应满足自身运行的一些要求。

1.直流输出电压及其调节范围

整流器的作用是将交流电转换成直流对电池充电，并对并联在一起的通信负载供电，其直流输出电压主要应满足电池浮充、均充、初充和放电后再充电的需要。

防酸隔爆电池初充的最高电压，我国目前按低压恒压充电法推荐值为2.40 V，但国外（如印度等国）也有的采用2.70 V。整流器输出电压范围为2.0～2.40 V，对标称值为48 V的系统，电压范围为18.00～57.80 V。如考虑到便于利用输出电压检验欠压、过压告警点，则范围宜再放宽到43～59 V。

2.静态稳压精度

稳压精度是指输入交流电压和负载电流这两个扰动因素变化时，在浮充和均充电压范围内（非全部输出电压范围），输出电压偏差的百分数。整流器的稳压精度也是针对电池的要求来定的，因为稳压精度低，无异于浮充电压设置值的不准确。例如，在20 °C时电池要求浮充电压2.25 V，如整流器稳压精度为±1%，电压就要变化22 mV左右，即浮充电压将低至2.23 V，高至2.27 V（±22 mV），也意味着温度变化±7 °C时补偿电压作用的抵消。浮充电压的设置不当或温度补偿作用的削弱，都会对阀控电池的漏电流有影响，甚至在极端情况下也可能造成电池的热失控，故稳压精度宜优于1%。

3.浮充工作时的温度电压补偿

由于阀控电池漏电流对温度的敏感性，常用温度补偿的办法来抑制漏电流的恶性增长，即当温度升高时采用降低浮充电压的办法来平衡漏电流的增加。温度补偿的电压值通常为温度每升高/降低1 °C，电压降低/升高3 mV（每只电池），即在一定温度区间电压-温度关系是用一条斜线补偿的，但也有采用阶梯形曲线的。

4.整流器输出限流和电池充电限流

整流器输出限流和电池充电限流是两个独立的限流功能。整流器的输出限流是对整流器的保护，而电池充电限流是对电池的保护，过去整流器往往只有本身输出限流，但这样对充电自动管理很不方便。如整流器具有接受外来信号作输出电压微调的功能，则充电限流及浮充电压的温度补偿就是轻而易举的事。充电限流的调整范围一般按电池要求为0.1～0.15 °C。

5.输出端杂音电压

整流器的输出电压中除了直流成分外，还存在着一定分量的交流成分，称之为杂音电压或噪声电压。它们对通话质量或电子电路的工作有一定影响，输出端含有交流分量的复杂波形是由一系列不同频率、不同幅度和相位的交流正弦所组成。但衡量这些杂音电压的影响，通常采用衡重杂音、峰峰杂音、宽频杂音、窄频杂音和离散杂音来表示。

6.功率限制/恒功率输出特性

整流器的负载电流有电池电流，通信负载中的线性负载电流和恒功率负载电流。一股在电池放电后再充电时，电压较低，电流总和最大。而平常浮充或均充末期，虽然电压较高，但电流较小。因此，整流器具有功率限制/恒功率输出特性，有利于以较小设计功率满足实际使用需要。对于48 V系统，以最大限流值作为额定电流，以57 V作为额定电压，以二者的乘积作为额定功率值比较经济合理。

7.动态响应

整流器输出电压受外界扰动因素干扰后再回到其稳定值，会有一个超调量和调整恢复时间，考虑到所述整流器带有大容量后备蓄电池，它不同于第三级电源中的整流器要直接供给负载，超调量和恢复时间对实际使用不会产生大的影响。对整流器增加这个特性要求，主要是通过对这项性能的测试间接了解其系统稳定性、是否容易产生振荡等，对其指标要求不宜过于苛求。但对其调整过程波形，因着眼于稳定性要求，还是以单调调整方式为宜。动态指标的确定与允差带、电流上升率和电流跃变量三者密切相关。动态响应中的超调量一般小于±5%，而恢复时间以5～10 ms为宜，但在多台并联运行中，恢复时间要长得多。

8.电磁兼容性（EMC）要求

EMC要求是对当前电子、电气设备的强制性要求，其目的是在复杂的电磁环境中，让各电子电气设备保持相互兼容，正常工作。

EMC的内容分为干扰和抗扰。干扰（disturbance）是指电子设备对外界产生的影响；抗扰（immunity）是指电子设备对外来干扰的耐受力。

干扰又分为传导发射（conducted emission）和辐射（radiated emission）。传导发射指通过导线产生电磁干扰；辐射是指通过空间发射产生电磁干扰。

对于整流器，以前在德国，凡重复频率在10 kHz以下的，划归家用电器标准。10 kHz以上的按工、科、医设备标准分类。对于通信用整流器现在已逐步明确，鉴于它是和信息设备配套使用的，虽不属信息设备，但应按信息设备要求执行。1995年，ITU已明确要求按CISPR22（信息技术设备无线电干扰限值标准）执行。CISPR22是属IEC的国际标准。除国际标准外，比较有影响的地区标准还有德国的VDE0878和美国的FCC标准，CISPR22在欧洲已等同转化为EN55022。对传导干扰而言，三者主要差异在于频率起始点，VDE0878标准为10 kHz，EN55022标准为150 kHz，FCC标准为450 kHz，当然电子要求也不同。在整流器的输入端和输出端都应有传导干扰要求，对于输出杂音要求，离散杂音要求实际上就是EMC的传导干扰要求。上述各项标准的干扰要求都有A、B两个等级。(www.xing528.com)

至于抗扰要求是从对整流器自身安全可靠上着眼的。现IEC和ITU规定了静电、雷电浪涌、脉冲群、电源电压瞬变跌落等抗扰项目，其中雷击和电压瞬变跌落对整流器的工作影响较大。对于抗扰性要求，不论从整流器本身，还是从通信电源系统来看都应特别注意严格执行相关标准。

9.输出电压和输入电流的软启动

整流器的输出电压如果没有软启动性能，则开机后陡增的电压将对低内阻的电池产生大的冲击电流，这既对电池不利，也影响到输入电流出现冲击。对备用发电机组也是不利的。为减小多台整流器并联运行时的影响，有时采取各台整流器不同延时开通的办法，进一步减小对小容量机组的冲击，一般软启动时间要求3～8 s或更长。

10.并联运行

当系统容量大于整流器模块容量时，需采用多模块稳压并联运行方式，这是必要的也是经济的。如前期容量小时，可安装少量模块，扩容时可方便并联增容。但并联运行必须解决两个问题：

（1）均流（load sharing），这是指各并联运行模块应平均分担负载电流，并且偏差应在±5%以内。

（2）选择性过电压，这是指并联工作的模块，如其中有一个因故障产生过电压，那它必须及时单独退出系统，而其他模块仍能在系统中正常运行。

11.效率

无论是功率器件、电路拓扑和吸收电路的改进，以及软开关技术的采用，目的都是减少损耗，提高效率。因为效率的提高不仅意味着节省能源，同时也意味着损耗的减少（即发热量的降低），从而促使整流器可靠性或功率密度的提高。目前48 V/100 A整流器的效率可达93%～94%。效率的提高始终是整流器设计者的追求目标。

12.功率因数

功率因数或全功率因数应包括位移因数和畸变因数两部分，即全功率因数 R=pcos&1。其中位移因数cos&1是电压与基波电流的相位差余弦，p为畸变因数，指电流波形有畸变时，基波电流与基波及谐波的总有效电流1之比，p和cos&1均小于1，故R也小于1。对于高频开关整流器而言，功率因数主要受制于畸变因数。功率因数低意味着无功功率和无功电流的增大，有时常使人误认为是整流器的效率低。此外，功率因数低，特别是畸变因数低的时候还因谐波电流的增大而影响电网的质量。为提高功率因数，目前采用无源功率因数校正和有源功率因数校正的办法，可分别使功率因数提高到0.94和0.99以上。

13.电流谐波

当输入电流中含有3次、5次、7次等高次谐波，且其幅度较大时，将影响电网质量，即会造成电网电压的畸变，从而影响网上电机及其他电气设备的正常运用。因此，对整流器的输入电流中的谐波必须有所限制。目前，IEC1000-3-2及1EC1000-3-4分别对线电流为16 A及16 A以上的设备提出了谐波限值的要求。对于16 A以下设备的限值标准，IEC100-3-2有两个特点。

（1）以各次谐波电流的最大允许值来对设备进行限制。

（2）当多台设备（例如多个模块）装于一个列架时仍视为各台设备分别接入电网。对于16 A以上设备的限值标准IEC1000-3-4与1EC1000-3-2不同之处在于：① 用谐波系数作限值标准；② 当多台设备（例如多个模块）装在一个列架中时作为一个整体按限值标准考虑。

14.可靠性

可靠性是任何电子设备都要求的，作为通信整流器更不例外。值得注意的是元件失效率的选用、应力系数的选用和失效判据这3个问题。

此外，作为可靠性的基本指标有：平均故障间隔时间（无故障工作时间）MTBF、平均维修时间MTTR、可用度A和不可用度U。由于可用度A与不可用度U之和为1，因此常用独立参数为MTBF、MTTR、U，如果可靠性指标只提MTBF一项，是不便于计算系统可靠性的，故3个参数必须提供2个。

此外，目前常采用多个模块并联冗余运行，但对于N+1冗余要有一个正确认识，N的值不同，多模块并联冗余运行时的可靠性是不同的。当N增大时，系统MTBF下降很快。

例如，假设100A整流模块和50A的整流模块的MTBF相等，对于一个400 A系统可采用5个100 A模块（4+1）冗余或9个50 A模块（8+1）冗余，其系统MTBF分别为0.45MTBF和0.24MTBF，即使50 A采用（8+2）冗余方式，也仅为0.34MTBF。