随着运营商基站数量增加，其网络能耗迅速增长。站点获取也随着环保理念的深入人心而日益困难，土地租赁成本随之水涨船高。人力成本的日渐高涨，通信设备必须提高人机友好性以降低工程安装及日常维护费用。为满足用户全面降低TCO的要求，中兴通讯开发了ZXDU68 S301系列高效电源。

• 功率密度更高，前接线前维护设计，并可内置4组蓄电池，减少占地面积和维护空间。
• 监控单元采用彩色屏幕，视觉效果更好，同时使用人性化的九宫格设计，操作更加便利。

• 高功率密度，节省占地空间高达50%，减少站点租赁费用支出
• 80~300VAC宽输入电压范围，提升电池使用寿命
• -40~+70℃工作温度范围，野外适应能力更强，节省温控设备的费用
• 采用高效率整流器，比传统电源节省电能高达10%
• 丰富的网络接口可提供干接点、RJ45、RS232和RS485，并支持USB接口快速开局和监控存储能力扩展

　　通信电源在通信系统中具有相当重要的地位和作用。通信电源的可靠性直接影响着通信系统的可靠性。对通信电源进行正确而有效的测试，是保证通信电源开发质量、生产质量及供货质量的有效方法。通信电源的测试方法及测试手段，是保证测试技术的先进性及有效性的先决条件，是保证高可靠性通信电源的依据。

S601高频开关电源机柜 　　中兴通讯电源产品运用先进的测试方法及测试设备并配以具有多年开发测试经验的电源专业测试工程师，对开发及出厂的每一台电源产品，包括一次通信电源系列，二次模块电源系列及电力高频开关电源系列的每一个整流器电源模块及电源系统，从开发初期至批量生产的每一个环节，都进行了严格的测试，从而使出厂的每一台电源设备都具有相当高的可靠性。

二、中兴电源先进的测试手段

　　中兴通讯的每一种电源产品，从立项一开始，都由经验丰富的电源专业测试工程师对该电源按照相关标准要求对其进行跟踪测试。测试工程师对系统设计方案中的每一个指标参数的合理性进行分析，并与行业标准进行对比。在详细电路设计时，对开发人员采用的每一个元器件的质量、成熟性及可批量供货性进行严格的审核。对委托加工的磁性材料的绝缘等级、耐热等级及生产工艺等进行严格的认证、检验及审核，对结构件的强度、合理性及整机的可测试性、可维修性、安全性、稳定性进行检验。

　　通信电源参数的检测是最基本的测试要求。为了提高测试的可重复性及加快开发进度，中兴通讯自制了相关的电源参数微机检测及调试设备，使出厂的每一台电源设备的性能参数都具有严格的一致性及测试的可重复性，所有参数均符合或超过中兴电源产品内部技术文件的要求和信息产业部相关标准的要求。

　　为了检测中兴系列电源产品对中国地区特定电网的宽范围适应能力，中兴电源测试工程师运用美国CI公司的电网谐波发生器/分析仪（HGA Harmonic Generator/Anynasis）及AC POWER SOURCE，模拟从国内不同地区采集的典型的电网波形及参数，对每一种电源样机进行长期的电网适应能力测试，使之更适合中国广大城乡用户使用的宽广的电压输入范围。运用HGA及AC POWER SOURCE，编制出在开关机时刻及电网波动时所产生的各种可能时刻的强浪涌尖峰及突然跌落，并进行长时间的重复试验及关键波形测试，使中兴电源的有源功率因数校正（APFC）电路的可靠性及功率变换主电路的可靠性得到了极大的提高，从而保证了中兴电源系列产品在网上稳定可靠的运行。

4． 长时短路及短时重复短路测试

　　为了检测中兴电源在负载发生意外短路情况下的可靠性，每一台新开发的中兴电源模块及系统均进行了在输入电压最高、正常及最低时的输出端长达8小时的短路测试及负载由空载至突然短路、短路次数达上百次的重复短路可靠性测试，并同时监测电源的输出电压回缩及短路电流大小，检测功率器件的瞬态电压电流应力，使之满足电应力降额的要求，提高了电源短路至短路解除后恢复正常工作的能力。

5． 高低温长时间烤机及整机的热分布测试

　　高温是半导体器件，也同样是通信电源最为严酷的外应力。中兴电源的开关整流器样机均在允许的输入电压及负载电流变化范围内经过温度为－10℃～50℃的综合交变应力测试及长时间高温烤机的MTBF测试，并对将出厂的每一台电源系统，均在额定输入电压及最大负载电流下进行环境温度为45℃、时间为24小时的高温应力考核。同时，分别在常温、高温环境下并加上最高输入电压、最低输入电压及最高输出电压、最大负载电流，对整机特别是功率器件的温度分布进行了严格的测试，得出了整机的热分布图形，保证了整机温度的合理分布。

　　为了保证中兴电源具有适应中国偏远落后地中兴ZXDU68 S601高频开关电源机柜 区特别是由小水电供电地区的电网浪涌及强雷电的冲击能力，电源测试工程师对中兴电源在具有专业水平的防护设计工程师精心设计的防雷击浪涌电路用SCHAFFNER NSG2050浪涌发生器进行了持久反复的测试，使中兴电源的第三级（D级）防护电路在各种输入电压及负载条件下，在相线之间、相线与中线之间及相线、中线与保护地（PE）之间，均可承受幅值为6KV，开路电压波形为1.2/50μs，短路电流波形为8/20μs的冲击电压综合波。组合电源系统，相线与相线、相线与中线之间及相线、中线与保护地（PE）之间，在不同的输入电压及负载电流并带是池情况下，能够承受波形为8/20μs 15KA的电流冲击。为了适应国内不同地区电网的TT制及TN-C制的需求，中兴电源系列均进行了机壳（PE）与中线（N线）间承受250V/50Hz交流电压1小时的测试，从而使中兴电源在TT及TN-C制电网下能可靠的运行。

7． 电磁兼容性测试技术

　　具有四遥（遥控、遥测、遥信、遥调）功能及高效率和宽广输入电压范围的中兴电源系统，为了保证二十一世纪信息技术中绿色电源的应用成为现实，按CISPR 22及CISPR 24标准，进行了严格的电磁兼容性测试。静电放电（ESD）的测试设备为SCHAFFNER NSG435静电放电发生器，波形1.2/50ns、接触放电辐值8KV、间接放电值15KV；电压跌落的测试设备为AC POWER SOURCE，额定负载条件下从最高电压跌落至0V再突然升高至最高电压；辐射电磁场强度的测试频率范围为80MHz～1000MHz，辐射电磁场的辐值为3V/m；电快速瞬变脉冲群（EFT）的测试设备为SCHAFFNERNSG2025，波形为5/50ns，脉冲重复频率2.5KHz，辐值为4KV、脉冲重复频率5KHz，辐值为2KV，测试时群脉冲信号的持续时间为15ms，周期为300ms。在上述抗扰性测试中，电源均能正常工作、通信不中断、液晶显示无乱码等。同时进行了电源线传导发射试验，频率范围为150KHz~30MHz及电磁场辐射发射试验，频率范围为30~1000MHz，测试设备为HPE701A，可满足A级标准的要求。并按YD/T-983-1998《通信电源系统电磁兼容性限值要求及测试方法》对输入电源线进行了电压起伏及闪烁测试，测试设备为PA6630电源分析仪及交流静化稳压电源。高性能的电磁兼容性指标，使中兴通信电源系统保证了通信系统的高可靠性，该电源系统特别适合于GSM基站等对电磁环境有严格要求的场合。

8． 电路设计、安规及一致性测试

　　为了保证每一台电源都具有高度的安全可靠性及一致性，对每一台电源使用中可能产生的对操作人员、维护人员及机房设备的不安全因素均按照UL1950及GB的要求进行了安全测试。如对输入电解电容器、X电容器、Y电容器和PCB板进行阻燃性测试，对变压器等磁性元器件、功率器件与散热器间、导线与散热器间、高压PCB走线之间及其与低压PCB走线和金属机壳间进行500~2500V/50Hz的耐电压测试及爬电距离测试，并对交流输入线与金属机壳保护地间漏电流进行严格的测试及控制，保证在相对湿度达到 90%时，交流输入与直流输出之间及交流输入与安全地间都有足够的绝缘电阻和绝缘强度。按小概率事件对可能出现的极端事件，模拟并测试了重大质量事件可能出现的故障模式，及早消除了可能出现的事故隐患。

S601高频开关电源机柜 　　中兴电源集中监控部分的测试，主要是针对硬件和软件两部分进行的。针对监控部分的特点，对硬件电路进行了FMEA分析、降额、高温存储（70℃）和低温存储（-40℃）各12小时、高温工作（40℃）和低温工作（-10℃）各24小时及温度变化速率不低于5℃/min的高低温循环试验（24小时）等环境项目的测试，为了保证系统在各种电磁环境下都能正常工作，按YD/T 983-1998《通信电源设备电磁兼容性限值和测试方法》的要求，进行了诸如静电放电（ESD）、电快速瞬变脉冲群（EFT）、电磁场辐射抗扰性及因辐射电磁场引起的传导干扰抗扰性等8个 EMC测试，用来提高监控电路软硬件的可靠性。在测试中，用带宽为1GHz的四通道数字存储示波器TDS784D的DPO功能，对时钟等重要器件的波形进行长时间的观察，以观察到系统出现的任意时刻的误码，保证系统工作的可靠性。针对软件测试没有统一标准的特点，对开发成功的软件进行代码走查、单模块功能及完整性分析测试、软件容错性能及代码运行覆盖率测试、软件参数边界及极限测试。运用先进的LABVIEW软件及Visual C软件进行二次测试软件的再开发，并配以自制的AI卡和AO卡、信号隔离转换板及监控系统的接口，来模拟中兴电源产品的实际运行环境及比实际运行环境更严酷的软件环境（极限参数、异常参数、边缘问题），增加了前后台软件测试的力度和强度，有效减小测试工作对实际设备和环境的依赖性，提高了测试效率及系统软件测试的全面性，而且使中兴电源前后台监控软件的测试方法更加具有先进的科学性，保证了监控软硬件系统运行的可靠性。

目前，通信电源大多采用高频开关电源代替相控电源，用阀控式密封铅酸蓄电池代替防酸式铅酸蓄电池，用计算机监控系统代替传统的人工控制技术，完成通信电源的更新换代工作。

　　随着高压大功率电力电子装置的不断发展，串接在一起的驱动电源之间，往往需要承受极高的工作电压。近来，多级隔离技术越来越多地被用在电路的驱动系统中，以满足高电压隔离的需要；但这同时也使得开关管的驱动电路越来越复杂。如图1所示是一个使用在三相接地系统中的固态短路限流器。它是由三相整流器和一个限流电感组成的。限流器主要被用在15kV的电力系统中。考虑到电源电压的波动，晶闸管阻断电压限制和均压系数等因素，图1中所示限流器中的每个晶闸管阀在实际中必须要用8个6kV等级的晶闸管串联组成。这样在限流器中的晶闸管总数达到了64个，则至少需要有61路驱动电源用到这些晶闸管的门极驱动中。所以，开发一个新型的电源用作限流器中晶闸管的门极驱动电源是一项非常重要的任务。

图1 三相接地系统固态短路限流器主电路拓扑

　　Dusan M. Raonic[2]提出了一种晶闸管自我供能的门极驱动方式，它把一个缓冲电容作为能量存贮单元，解决了几乎每个功率开关管都存在的对隔离电源的需求。但是，这种方式只能被用于工作在功率变换器直流侧的晶闸管和GTO的门极驱动中。Chang Liuchen[3]研制了一种驱动板电源用于三相逆变器中大功率IGBT的驱动，它通过一个多绕组的变压器，实现了4路相互隔离的输出。这种电源的缺点是随着输出路数和隔离电压的增加会导致变压器的结构很复杂，体积极庞大。Heinemann Lothar et al[4]提出了一种具有超高压隔离性能的电源用作IGBT的门极驱动，它使用了一种特殊结构的变压器，于是只能有一路输出。如果这种电源被用到如图1所示的固态短路故障限流器中，61路驱动电源将会不可避免地导致装置体积庞大，而且安装和配线都会有很大的不便。

　　基于专利技术[1]，研制了一种具有多路输出，高压隔离性能的实用新型，用于多管驱动。该开关电源采用了磁环作输出变压器，仅由无需弯曲的电缆穿过1次形成单匝原边，副边就可以输出10W以上的功率，经过简单的整流和稳压形成一路驱动电源。因而驱动电源路数极易增减，既可按装置需要随意安装，又易达到极高的隔离电压(仅取决于电缆的绝缘性)。应用在要求很多路输出，高隔离电压的大功率装置，如固态短路故障限流器中，此电源已体现了无可比拟的优越性。

　　新型电源的主电路拓扑如图2所示。它由5个部分组成。第一部分是一个由4个二极管组成的单相整流器。第二部分是半桥拓扑结构，它主要由MOSFETS3及S4和电容C1及C2组成。这个部分是新型电源中辅助电源的主电路。

图2 新型电源的主电路拓扑

　　第三部分的功能是产生一个幅值恒定的直流电流I1。由于这里采用的PWM开关控制芯片是专门为移相全桥变换器电路设计的，满足全桥变换器需要的4路48％占空比的PWM驱动信号，通过简单组合可形成两路占空比48％内可调的PWM驱动信号，所以恒流源的主电路采用了一个双Buck的电路拓扑。这个双Buck变换器等效于两个普通的单Buck变换器的并联。MOSFET S1，二极管D1，电感L2组成了一个单Buck变换器；MOSFET S2，二极管D2，电感L3组成了另一个。这两个单Buck变换器分别由两路互补对称的PWM驱动信号控制。它们和电感L1，二极管D3一起组成了双Buck变换器。两个单Buck变换器共同使用电感L1，这样电感L2和L3的体积和重量都可以减小。二极管D3的功能是箝制恒流输出型双Buck变换器的输出电压，使它不超过整流器的输出电压。

　　第四部分是一个单相的全桥变换器，它把幅值恒定的直流电流I1变换成高频的交流电流i2。S5和S8（或S6和S7）由同一个驱动信号控制，实现了同步开通和关断。S1及S2和S5～S8的控制信号如图3所示。当S6及S7开通且S5及S8关断时，按照图2所定义的i2的正方向，i2为正值。而当S6及S7关断且S5及S8开通时，i2为负值。电流i2的波形是方波。和电压型的全桥变换器不同的是，为了避免由于单相变换器中的4个MOSFET同时关断引起的过压，S5及S8应该在S6及S7开通以后再关断，反之亦然。延时时间td如图3所示。

　　第五部分包括T1，T2，……Tn是一些特殊结构的变压器和电流i2的电缆线的引线电感L4。为了减小这个新型电源的体积，功率开关管必须工作在一个很高的频率下。这里采用了多谐振荡零电压软开关技术减小开关损耗，减小器件的电压电流应力，并获得良好的电磁兼容性。所有8个功率开关管都工作在软开关模式下。R3是一个电流检测电阻用作电源的短路保护。R4是另一个电流检测电阻，用来实现电流I1的闭环控制。

　　控制电路的主要功能就是产生驱动信号，控制主电路产生一个幅值恒定的高频电流。为了使电流幅值恒定，采用了如上节所述的双Buck变换器电路。这个双Buck变换器控制电路的主要部分包括一个电流反馈的PI调节器和一个PWM信号发生器。单相桥式变换器的控制电路用以产生如图3（c）和图3（d）所示的控制信号。所有上述的功能只要用一片集成芯片UC3875就可以实现。UC3875产生的驱动信号使两个对角开关管的开关动作相对于另两个对角开关管的开关动作产生相移，实现了对桥式功率级的控制，能够在很高的频率下允许固定频率PWM调节结合谐振零电压软开关，实现高效率。 

　　采用磁环做输出变压器，每个输出变压器的原边仅有一匝，即高频交流电流i2流经的一根穿过所有输出变压器磁环的高压绝缘电缆线。通过输出变压器的增减，驱动电源路数能够很容易地实现增减。如果电流I1和整流器的输出电压足够高，仅一个电源就能够实现大量的隔离输出。新型电源每个输出单元都可以很容易地放置，只要把它们安装在相应晶闸管附近，用电缆线穿过所有磁环，用光纤传送DSP输出的驱动信号，既可实现整个装置的电能与信号分开传送，又可满足限流器中晶闸管安装的需要。因为，这些晶闸管被使用在高压电力电子装置中，每二个晶闸管的驱动电路之间的隔离电压必须足够地高。如果采用一根高压绝缘电缆线作为输出变压器的原边绕组，这样原边绕组与副边绕组之间的隔离电压至少等于这根高压绝缘电缆线的绝缘电压。这样，只要使用一根超高压绝缘的电缆线，变压器的原副边的隔离电压就可以达到相当高的等级。由于原边绕组的匝数仅有一匝，因此，要求导磁体具有很高的导磁率，磁环的磁路长度必须尽可能地短，而磁环的截面积则要求尽可能地大，以获得良好的电磁耦合效果，降低激磁电流。

　　图2第二部分所示是辅助电源的主电路，它的其它部分如图4（a）所示。端子J及K与图2中相同的端子相连。而新型电源隔离输出的副边电路如图4（b）所示。由二极管D1—D4组成的整流桥，把交流电流变成了直流电流。由电阻R1—R7，并联稳压器Z1，晶体管S1和MOSFET S2组成的电路把这个直流电流变成一个稳定的电压。即形成一路驱动电源。

　　6 仿真波形和实验结果

　　为了确认设计电源的有效性，对图2及图4所示电路进行了仿真。仿真结果如图5所示。仿真依据的主要参数如下：L1=1mH，L2=L3=L4=15μH，C4=C5=C6=C7=1μF。

(a) 辅助电源的副边电路

(b) 隔离输出的副边电路

图5 I1，i2，its1及驱动电源输出电压的仿真波形

图6 输出电流i2波形

　　根据原理分析及仿真验证，开发了一台700W的电源样机，已经成功使用在380V限流器实验装置中，实现了长期可靠运行。用一无感电阻对输出电流i2取样，并把示波器采集的数据用Origin数据分析软件还原，波形如图6所示。电源样机每个输出变压器的副边绕组都是3匝。每路驱动电源的负载阻抗都是25Ω。它的主要特性如下：驱动电源路数为12(可以更大)；每路驱动电源输出功率可达20W；各路驱动电源之间的隔离电压为40kV。

　　开发了一种新型的用于短路故障限流器中晶闸管驱动的多输出开关电源。设计电源的输出路数足以用来驱动所有使用在限流器中的晶闸管。使用超高压绝缘的电缆线作为所有输出变压器单匝的原边绕组，电源输出之间的隔离电压可以达到相当高的等级。根据限流器中的晶闸管的实际需要，电源输出级的路数和安装位置可以很容易地改变。相对于用其他方式研制的具有相同输出路数，相同功率，相同隔离电压的电源，该电源具有体积小，重量轻，效率高，可靠性强，价格低等显著优点。使用在大功率的装置中，新型电源也可以很好地适应那些具有大量功率电子器件的，如多用途的大型电机驱动系统的需要。

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