分布式電源——通信系統供電必然趨勢
2019-11-03 09:58:02
供稿：網友
張天宇
關鍵詞:通信電源 供電方式 發展
摘 要:對現有通信系統中的供電方式作了回顧，著重介紹了分布式供電的優點，并提出一些在設計時應注意的問題。
1 現有通信系統供電結構簡介
通信系統一般是以-48V或+24V供電。系統中會有一個或多個DC／DC電源，將DC供電的電壓轉換成線路板上的工作電壓。 通信系統的供電方式主要有兩種：集中式供電和分布式供電。其中，集中式供電若按電源所處位置來劃分，又可分為中央式供電和分層供電。
中央式供電 以一個大功率電源供電給整個系統
分層供電 系統機架的每一層都有一個中功率電源供電給本層線路板
分布式供電 每塊線路板上各有一個小電源供電，電源的功率較小
在這3種供電方式中，中央式供電的造價最低，因為系統中只有一個電源；分布式供電的可靠性、靈活性高，因為每塊板上都有獨立的電源，系統擴充時不會受現有電源的功率及電壓所限制；分層供電在性能和造價方面則在前兩者之間。目前國產大型通信系統主要采用分層供電結構。在分層供電結構中，系統目前仍主要使用電源板的1＋1備份方式來增加可靠性。為方便擴容，N＋1備份方式亦已開始被采用。
2 分布式供電結構是必然趨勢
隨著對通信系統可用度要求的提高，需要采用更高可靠性的供電方式。使用分布式供電方式時，由于每個電源的功率較小，發熱量亦較低，加上電源的發熱量是平均散布在系統的機箱內的，散熱比集中式供電更容易，效果更好，電源在低溫工作中更加可靠；而且電源的分散度越高，電源一旦發生故障所影響的范圍亦越小，系統也就越可靠。
隨著新一代線性電路及邏輯電路的出現，系統的工作電壓有降低的趨勢。12V及5V的使用開始減少，而3.3V和2.5V的使用則開始增加，用以提高速度、降低功耗。在這種趨勢下，因DC電壓配電的電阻所產生的電壓降，在低工作電壓時變得更明顯和難以克服。這時只有采用分布式供電方式，因為DC／DC電源的分散度越高，工作電流越低，配電的電壓降也就越低，就適合低壓應用了。
系統電路中使用的元件的速度越來越高，對供電方式也提出了更高要求。例如高速微處理器，當由休眠狀態轉入正常工作狀態時，其負載電流的變化速度可高達1000A／μs，這樣高速的電流變化要求DC／DC電源要放置于最接近元件的位置上，縮短電源到負載的距離，以減小配電電線的寄生電感在負載電流高速變化時所導致的電壓波動。最理想的做法，便是每塊板有一個獨立的電源進行供電。
另外，由于通信發展速度非常快，為了能夠跟上發展的速度，一個好的通信系統，在設計之初，就必須要考慮到它今后的擴充性，而將線路板的密度提高是一種非常簡便的擴充方式。在這種思路下，供電方式的選擇尤為重要。舉例而言，在一個SDH光傳輸系統中，一層機框有16塊光傳輸線路板，每塊線路板做了一路光收發電路。假設每塊線路板耗電為2A，則總耗電為32A，此時電源板若采用一個60A／300W的電源模塊能滿足要求，因此可以采用分層供電方式，但是隨著需求，光路不夠了，要對系統進行擴展，就需要將線路板的密度提高，每塊線路板上要做2路或4路光收發電路。此時，耗電量一下子增加了2倍或4倍，分層供電的電源板已遠遠不能滿足需要，而且即使能滿足，可靠性也變得極差。而采用分布式供電結構則沒有此問題，可隨意進行擴充。所以，分布式供電是實現系統擴充性的最佳選擇。
綜上所述，通信系統的供電方式從集中式向分布式轉變是一必然趨勢。在歐美日等技術先進國家，通信系統中采用分布式供電已經比較普遍。相比之下，國產通信系統供電方式改變的步伐則明顯慢一些。就目前而言，分層供電方式在造價、性能及可靠性的取舍中較符合國情。長遠而言，國產通信系統采用的供電方式必然要跟隨國際的趨勢，向更可靠及靈活的分布式電源供電方式過渡。
3 分布式供電設計需考慮的問題
采用分布式電源供電時，最關鍵的問題是對每塊線路板所采用的DC／DC電源模塊的考慮。新的設計思想，對DC／DC電源模塊有些特殊要求。
（1）電源模塊的可靠性。目前國產的電源模塊作為分布式電源模塊的應用還有待時間的考驗。
（2）降額設計。一般不應用到電源模塊的滿功率。滿功率時，模塊溫度升高，可靠性降低。
（3）電源模塊的工作溫度。由于通信系統在戶外應用的情況增多，因此要求電源的溫度范圍要寬，以應付在戶外應用時由嚴寒至酷熱的不同環境溫度。一般的DC／DC電源模塊的工作溫度范圍只是在0℃～+70℃，而戶外應用的工作環境溫度要求-40℃～+ 85℃，因此這類電源不適合戶外應用。
（4）電源模塊的體積。如板間距小，就需選用小的，不用散熱片的。電源模塊的高度受系統的板距離的限制而不可增加，相反有進一步收窄的趨勢。
（5）散熱及轉換效率。降低電源模塊散熱的熱阻及提高電源的效率，可降低電源在工作時的溫度上升，令電源的可靠性增加。
（6）在功率較大的情況下，必須要考慮強迫風冷，一般采用轉速達到要求的風扇。
摘自 北極星電技術網
