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通信电源的发展趋势

便于读者理解通信电源发展趋势，首先要介绍一次电源和二次电源。
一次电源和二次电源
一次电源是指将电网市电变换成标称值为48V的直流电。传统采用可控硅相控整流技术，比起历史上曾经采用的汞弧整流器经过电阻网络来得到不同大小的直流电压来说，是一次革命。缺点是比起用电的通信主机来说，体积庞大、笨重，热损耗较大，输出纹波大，无功功率较大，对电网污染明显。由于通信设备近年来集成化发展很快，体积重量明显减小，因而对电源装置的小型化提出了更高的要求。新型的通信用一次电源，就是高频开关整流电源，是将市电直接整流，然后经过高频开关功率变换，得到高频交流电，再经过整流滤波而得到48V输出的直流电。这里市电50HZ的工频变压器没有了，代替的是在高频功率变换之后的高频变压器—一变压器的体积和重量都减小了；纹波频率高，滤波环节也明显地减小了体积重量，并且使电性能也得到提高。采用大功率晶体管的高频整流电源，在技术上是一次飞跃。正因为如此，1994年我国邮电部做出重大决策，要求通信领域推广应用开关电源，以取代相控电源。几年来的实践已经证明，这一决策为国家节省了大量铜材、钢材和占地面积。由于变换效率高，能耗减少，既达到了节能，又降低了电源环境的室温，还改善了工作人员的工作环境。80年代，大功率晶体管主要采用双极型功率晶体管，开关工作频率常用20khz。后来又采用绝缘栅双极型功率晶体管（IGBT），工作电压和电流定额（即单管容量）明显地增大了。到了90年代，由于功率场效应管MOSFET的技术进步而被广泛采用，开关工作频率采用100kHz或更高。我国近几年用于通信的高频开关整流电源发展迅速，单个模块已先后推出48V／20A、48V／30A、48V/50A、48V／75A、48V／100A、48V／200A等系列化产品，以满足不同容量不同场合的用电需求。产品技术水平能与进口产品相媲美，部分产品已有少量出口。当然，国内也有不少进口品牌电源，因此在这一领域已经形成竞争局面。
二次电源是指通信设备内部集成电路芯片等所需用的直流电源。要求体积要小，输出电压多种多样，用得较多的有±5V。大规模集成电路的广泛应用，如微处理器，发展趋势是速度更快，电压更低，需要的电流容量一直在增加。以英特尔微处理器为例，工作电压是2－3V／10A；操作频率是300MHz。预计两年内它的工作电压会降到1V或0.8V，操作频率为1000MHz。将一次电源输出的48V直流电，经过DC／DC高频开关功率变换，获得不同大小的直流电压输出，即是二次电源。二次电源的特点是体积小，动态特性好，工作频率100KHZ以上。
通信电源的发展趋势
一次电源或二次电源，无一例外地都是采用高频开关直流电源。通信电源作为高频开关直流电源的一个典型，发展到今天已经有十多年历史了。十多年来，采用高频开关直流电源的通信电源，它的发展趋势，可概括为：高频化、高效率、无污染、模块化。1．高频化——是缩小电源体积重量、提高功率密度的重要技术途径；高频化又是提高电源动态品质的重委保证。小功率DC／DC直流二次电源，开关频率将达到1兆赫或更高。功率密度也将由现在的每立方英寸50W提高到100w以上。
2．高效率——作为电源，效率是重要的指标之一。效率高，发热损耗小，散热容易，才容易做到高功率密度。高频化的结果使开关损耗显著增加。因此，80年代后期以来，软开关变换技术的研究，始终是电源技术研究的热门课题。80年代后期，美国弗基尼亚电力电子研究中心应用谐振软开关技术成功地制造出了兆赫级开关频率、功率密度为50瓦／英寸3的开关电源。这种电路结构，在较大功率输出时，又表现出不足。因为功率器件开关损耗极小（理论上为零），但是谐报电流很大，引起导通损耗增加，由此效率并未能提高。由于谐报电压也较大，线路中LC元件并不能由于频率提高而明显减小体积。又因为采用调频控制输出的大小，输出谐波频谱随控制而改变，这给输出滤波设计带来困难，因此不得不在最坏的情况下（即工作频率最低时）设计滤波器，结果体积常常偏大。
针对谐振变换软开关技术存在的不足，在90年代初，美国弗基尼亚电力电子研究中心主任李泽元教授提出了“软开关P．W．M”概念，即功率开关器件只是在开关转换前后的一个小区间与线路加LC元件工作在谐振状态，以构成电压或电流的过零点来实现功率器件的软开关，在开关全周期工作在P．W．M模式。由于“开通”、“关断”都是零电压，因此又称“零电压转换”（ZVT，ZeroVoltageTransition）。这种电路结构在高频电能变换中，即组成各种高频开关电源中，将得到广泛应用。
软开关技术理论上可使开关损耗为零；实际上，可使目前的各种电源模块的变换效率由80％提高到90％以上，达到了高频率、高效率的功率变换。
3．无污染——一电力电子装置和电源的大量广泛