基站电源基础知识

1、2022-5-71内容大纲通信电源系统简介1高频开关电源系统2交流不间断电源系统3蓄电池及日常维护4油机发电及日常维护5通信电源关键词电压(+24VDC/-48VDC/220VAC/380VAC) 电流(A)功率/电压(DC)功率(有功W/无功var/视在VA,三者为直角三角形关系,视在功率为斜边)功率因数(cos, 为有功和视在的夹角)效率(输出/输入)安时(Ah,电池容量)：一般指10小时放电率的容量，1000Ah指在100A放电电流下放电10小时直流供电系统通信电源系统应用： 由于交换，传输，基站等通信设备采用直流供电。所以，通信电源的主要功能是将公用电网的交流电进行整流变换以提供给主设

2、备稳定的直流电。通信电源的分类与应用场合：变换技术：高频开关电源输出电压：-48V：交换，传输，接入网电源 。 +24V：部分基站电源系统结构：组合电源，分立机柜电源应用环境：户内电源，户外电源安装方式：驻立式，壁挂式，插框式 组合电源概述电源在通信网中的位置：移动基站，接入网、模块局，传输中继站机房数量大，机房面积小。多采用中小容量一体化电源。开关电源系统的组成 v 交流配电屏(挂墙或落地)，主要给整流机架供交流电v 整流机架(内装整流模块、监控模块等)，交流输入/直流输出v 直流配电屏，整流器输出通过直流屏内熔丝或开关输出到通信设备v 蓄电池，市电正常时由整流器进行浮充，停电时对通信设备供

3、电v 小容量组合开关电源直流配电安装在整流机架内 柴油发电机组通风烟管油机房降噪油机铭牌油机输出线蓄电池组UPS系统UPS设备1+1备份UPS系统UPS输出屏UPS小、中、大功率系列小功率UPS设备，主要用于大客户及小型计算机房、小容量需求通信机房、办公等场合中等功率UPS设备，主要用于部分本地网中等容量需求通信机房大容量UPS设备应用于大的IT机房、IDC机房等模块化UPS设备，用于前期负荷较小随IT设备增加逐步增加负荷的场合内容大纲通信电源系统简介1高频开关电源系统2交流不间断电源系统3蓄电池及日常维护4油机发电及日常维护5开关电源的概念 开关电源是一个能量转换器，作为电源的功率器件工作在

4、开关状态（开关管、电感、高频变压器、电容、整流二极管）开或关状态，其特点是频率高、功耗低、工作效率高、体积小、输入范围宽(Switching Regulator - A switching circuit that operates in a closed loop system to regulate the power supply output)通过闭环系统调节，使输出电压保持稳定。 开关电源的分类 一般按照开关电源的输入和输出进行分类 Acdc：把交流输入变换成直流输出，一次电源。 Dcdc：把直流输入变换成直流输出，二次电源。 DcAc：把直流输入变换成交流输出，逆变器电源。 AcA

5、c：把交流输入变换成交流输出，UPS电源。开关电源的主要指标无故障运行间隔时间 这是开关电源最重要的指标，衡量了开关电源的工作可靠性。一般说的是开关电源平均无故障运行间隔时间越长约好。工作效率 输出功率与输入功率的比值就是开关电源的工作效率，衡量开关电源在变换过程中所产生的损耗，对于目前我们的开关电源工作效率在85%以上。电压调整率 该参数表示了电源的稳压特性。有功功率（Acitive power):电能转换成其他能量所消耗的功率，单位为瓦（W），用P表示。无功功率(Unactive power):没有消耗功率，只是能量在电感和电容之间转换的功率部分，单位为VA，用Q表示。视在功率(Apare

6、nt power):指的是交流输入功耗，也叫表观功率，其单位是VA，用S表示。 S2=P2+Q2功率因数(Power factor):有功功率与视在功率的比值，它表示交流电转化成其他能量的能力。功率因数P/S。开关电源的一些名词概念高频开关电源v 交流配电v 整流模块v 直流配电v 监控模块系统构成交流配电整理模块直流配电监控模块交流配电单元C级防雷整流模块1整流模块2整流模块N直流配电单元DC防雷380V交流输入-48V直流输出控制板监控模块系统原理开关电源的电路组成交流配电介绍 两路交流输入输入方式：空气开关；整流模块介绍交流滤波整流PFC电路DC/DC转换电路直流滤波交流输入直流输出控制

7、电路保护电路辅助电源控制电路过压欠压过温过流过压欠压 高频开关整流模块的电路技术发展至今，基本形成如下图所示的电路结构 整流模块电路基本结构整流模块电路基本结构 整流模块介绍直流配电介绍监控模块介绍监控模块监控模块( (单元单元) ) 系统输入系统输入;交流电压值, 交流电流值,交流频率值, 防雷块状态, 电网状态.整流模块整流模块;输出电压值输出电流值机内温度值模块状态风扇状态DC/DC模块模块(或或Inverter)；输出电压值输出电流值模块状态系统输出；系统输出；电压值电流值环境温度值, 输出状态蓄电池；蓄电池；充电电流值放电电流值, 电池温度值, 电池电压值电池状态联网通信联网通信告警

8、方式告警方式声,光, LCD显示, 回授, 干接点控制控制； 模块状态,电池状态,系统状态设置设置调试参数,人为人为操作操作显示显示LCD 参数LED 状态保护动作保护动作, 发出告警自动关机限流恢复正常.SU SU 通信局站监控设施通信局站监控设施监控单元电路原理监控单元电路原理监控模块介绍信息类别显示内容交流参数过压告警、欠压告警、缺相告警、交流输入直流参数过压告警、低压告警低压告警、欠压告警欠压告警、环境高温告警、环境低温告警、负载分流器、负载分流器系数模块参数模块过压、默认电压默认电压、输出缓启动允许输出缓启动允许、输出缓启动时间输出缓启动时间、风扇运行速度风扇运行速度、过压重启动时间

9、过压重启动时间电池参数电池基本参数管理方式、电池组数、标称容量、电池名称电池名称、电池分流器、分流器系数分流器系数充电管理参数浮充电压、均充电压、限流点、过流点、自动均充允许、定时均充允许、定时均充周期、转均充电流、转均充容量、稳流均充电流、稳流均充时间、均充保护时间下电保护参数负载下电允许、电池保护允许、负载下电方式、负载下电电压、电池保护电压、负载下电时间、电池保护时间电池温补参数温补中心点、温补系数、过温保护过温保护、高温告警、低温告警电池测试参数测试终止电压、测试终止时间、测试终止容量测试终止容量、定时测试允许、定时测试时间定时测试允许、定时测试时间1、定时测试时间、定时测试时间2、定

10、时测试时间定时测试时间3、定时测试时间、定时测试时间4、快速测试告警点、快速测试告警点、快速测试允许快速测试允许、快速测试周期快速测试周期、快速测试时间、快速测试时间、恒流测试允许、恒流测试电流恒流测试允许、恒流测试电流系统参数本机地址、语言、通信方式、波特率、回叫次数、回叫号码、日期、时间、密码重置、系统重置、系统类型、修改密码、控制告警音、序列号、软件版本、下载允许告警参数告警类型、级别、关联继电器、开关量序号、告警方式、设开关量名、开关量名称、清除历史告警、阻塞当前告警浮充、均充浮充：v 电池组与电源线路并联连接到负载电路上。正常的运行状态下，与直流母线相连的充电装置，除对常规负载供电外

11、，还向蓄电池组提供浮充电流。v 浮充充电应解决的两个问题： 1. 补偿电池因自放电而产生的容量损失； 2. 避免过充造成电池寿命的缩短；v 浮充电压一般在2.232.28V/只范围内选定（温度为25时 ）；均充v 以定电流和定时间方式对电池充电，充电快。充电电压与浮充相比要大；v 均衡充电电压 2.302.35V/只 ；v 整流设备应能浮充均充方式的自动转换。蓄电池放电后，整流设备自动向蓄电池进行均充电，当充电电流小于每安时50mA或充入电量是放出电量的1.2倍时，均充自动转为浮充。开关电源对蓄电池的管理欠压保护功能 所谓二次下电就是电源系统将输出负载分成两组：一组为一次下电负载，它脱离系统的

12、下电电压较高，一般为44.5V以上（用户亦可自行设定），驳接一些不太重要的设备；另一组为二次下电负载，它脱离系统的下电电压比较低，一般不得低于43.2V，驳接一些重要设备。下图说明了蓄电池和负载之间的连接关系。工作地-48V熔丝1熔丝2熔丝3断路器1断路器2熔丝4熔丝5熔丝6蓄电池熔丝1蓄电池熔丝2蓄电池组工作地一次下电负载组，接次要负载，下电电压44.5V二次下电负载组接重要负载，下电电压43.2V。开关电源蓄电池欠压保护原理图工作地-48V熔丝1熔丝2熔丝3断路器1断路器2熔丝4熔丝5熔丝6蓄电池熔丝1蓄电池熔丝2蓄电池组工作地一次下电负载组，接次要负载，下电电压44.5V二次下电负载组，

13、接重要负载，下电电压43.2V图4 二次下电原理图开关电源对蓄电池的管理内容大纲通信电源系统简介1高频开关电源系统2交流不间断电源系统3蓄电池及日常维护4油机发电及日常维护5UPS的概念 定义：UPS是连接在负载和市电之间一种电源设备，它的功能是保证向负载提供持续不间断高质量的交流电源原理：AC-DC-AC，输出的交流电更干净作用：无间断切换、电压变换(稳压)、频率变换(稳频/滤波)、提供一定后备时间 内容大纲通信电源系统简介1高频开关电源系统2交流不间断电源系统3蓄电池及日常维护4油机发电及日常维护5蓄电池及日常维护v 影响蓄电池寿命的因素v 蓄电池的充放电特性v 开关电源的蓄电池管理功能v

14、 蓄电池的安装与日常维护影响蓄电池寿命的因素 影响阀控式密封铅酸蓄电池寿命的因素很多，既有电池设计和制造方面的因素，又有用户使用条件和维护方面的因素。 1、设计和制造因素 正极板栅耐腐蚀性能和电池的水损耗速度乃是两个最主要的因素。由于现在的蓄电池的正极板栅的厚度加大，采用PBCASNAI四元耐蚀合金。根据板栅腐蚀速度推算，电池寿命可达10年15年。然而从电池使用结果来看，水损耗速度却成为影响密封电池使用寿命的最关键因素。2、蓄电池的失水 对一般密封铅蓄电池而言，由于采用“贫液式”设计，电池的正极和负极活性物质的量及电解液的量处于最佳匹配状态，所以电池容量对电解液量极为敏感，存在如下关系：电池失

15、水10，容量降低20；失水25，电池寿命结束。 影响蓄电池寿命的因素 2、蓄电池的失水 蓄电池失水的途径 电池失水途径有：电池槽、盖渗漏；环境温度过高；节流阀频繁开启或阀门开启后关闭不了，导致氢气和氧气逸出，同时带走酸雾；热失控现象。 其中，热失控现象是指电池在充电后期（或浮充状态），由于没有及时调整充电电压，使电池的充电电流和温度发生一种累积性的相互增强作用，此时电池温度急剧上升，从而导致电池槽盖膨胀变形，失水速度加大，甚至电池损坏。影响蓄电池寿命的因素3、蓄电池的使用条件 众所周知，蓄电池使用的环境温度、充放电流、放电深度、电池容量的合理配置、定期维护是保证电池正常寿命的关键。环境温度过高

16、，蓄电池中的化学反应加剧，在充电过程中蓄电池的减压阀会频繁开启，从而加速了失水速度，降低了蓄电池寿命。放电深度以及放电电流和终止电压与蓄电池寿命之间的关系也是非常密切的。影响蓄电池寿命的因素表1 放电深度与循环次数之间的关系放电深度（） 设计充放电循环次数 5 10000 20 2000 50 800 100 350 放电率 单节电池终止电压 电池组终止电压 20H 1.85V 44.4V 10H 1.80V 43.2V 3H 1.75V 42.0V 1H 1.70V 40.8V 0.5H 1.60V 38.4V 表2 放电率与终止电压之间的关系影响蓄电池寿命的因素 3、蓄电池的使用条件 蓄电

17、池使用的环境温度与寿命之间的关系 蓄电池工作温度会影响到蓄电池的容量、内阻、充电效率、充电电流等。温度升高，蓄电池的容量会增加，内阻减小，充电效率增加。若为同一浮充电压，充电电流增加。如果在浮充电压为55.2V时，环境温度为26时，寿命为10年；环境温度为36时，寿命4年。影响蓄电池寿命的因素蓄电池的充放电特性1、蓄电池的放电过程 蓄电池的放电电流不宜太大，一般情况下可选用10小时放电率来进行放电，要尽量避免大电流（小于1H放电率）。放电到终止电压时必须采取保护措施，不得继续放电。以10H放电率放电时，终止电压为43.2V。当电源系统直流断路器将负载断开后，蓄电池的端电压会向上反弹5V左右。蓄

18、电池的充放电特性 1、蓄电池的放电过程 从图1可以看出，在放电初期电池端电压下降是比较快的。在放电10分钟，电压下降到53.0V；大约半小时后，电池端电压降至49V左右；1小时后降至48V。蓄电池在48V时，放电时间最长，大约要持续7到8小时；8小时后，蓄电池端电压开始下降，下降速度比较快。降至43.2V时系统直流断路器断开，以便保护蓄电池，此时蓄电池端电压会有所上升，上升值约为5V左右。蓄电池放电曲线蓄电池的充放电特性2、蓄电池的充电过程蓄电池充电过程是电能转化成化学能的过程，充电电压和电流要合适，偏大和偏小均会影响蓄电池的寿命。V时 间（小时）56.453.550.647.745.6051

19、015202530浮 充均衡充电图2 充电过程中蓄电池端电压变化曲线蓄电池充电曲线（电压变化曲线）开关电源的蓄电池管理功能 开关电源系统在保证设备安全可靠供电的同时，其最重要的功能就是蓄电池管理。不同的厂家实现的方法各有不同，但是都必须完成如下管理功能：温度补偿、充电智能限流、自动均充功能、周期均充、欠压保护告警功能。1、温度补偿功能 众所周知正确的浮充电压是保护蓄电池正常寿命的基本保证。电压过低，电池充不满；电压过高，容易造成电池失水。温度高，电池化学反应加剧，此时需通过降低浮充电压来减缓化学反应；温度低，化学反应减缓，此时需通过升高浮充电压来增强化学反应，以保证充电能量的正常转换。 温度补

20、偿功能是通过电源设备的前台监控单元来实现的，它是通过检测蓄电池温度，然后根据实测的温度来调节蓄电池的浮充电的。温度补偿是以25为基准，以每节（2V）3mV/进行调节。对于通信电源使用的48V电池组来说，计算公式为V=(T-25)(-3mV)24。例如：电池温度为10，那么此时蓄电池的浮充电压为53.5+(10-25)(-3mV)24= 53.51.08=54.58V。2、充电智能限流功能 蓄电池的充电电流要求在0.1C0.25C，C为蓄电池的容量。推荐值为0.15C。如果过大，电池就会迅速产生大量气体造成膨胀变形、活性物质脱落甚至出现“热失控现象”，导致蓄电池及早失效而报废；如果充电电流过小，

21、那么充电时间就会变得比较长，甚至导致蓄电池充不饱，长期也会影响电池的正常寿命。开关电源的智能限流就是系统根据蓄电池的容量（事先必须在监控参数中正确设定蓄电池容量）、负载所需电流的大小来自动计算整流器的限流点。计算公式为：单体（整流器）限流点（0.15C+负载电流）单体个数，C为系统蓄电池的总容量。 开关电源的蓄电池管理功能3、自动均充功能 均充就是均衡充电。一般在下列情况下，蓄电池需要均衡充电：市电停电后电池释放的能量超过15；市电来电时；蓄电池长期处于浮充状态（电网稳定，长期不停电）；电池组中，出现了落后电池，在浮充状态下单体电压低于2.2V；更换新电池后。均充电压为56.4V，均充时间不大于10小时。4、欠压保护功能 电源系统为了保护蓄电池放电时不过放，采用直流断路器将蓄电池和负载断开，以达到保护蓄电池的目的。现在的通信电源为了延长重要负载的工作时间，增加了“二次下电”的功能。 开关电源的蓄电池管理功能蓄电