通信系统分布式供电设计需考虑的问题

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通信系统分布式供电设计需考虑的问题

1 现有通信系统供电结构简介

　　通信系统一般是以-48V或+24V供电。系统中会有一个或多个DC／DC电源，将DC供电的电压转换成线路板上的工作电压。 通信系统的供电方式主要有两种：集中式供电和分布式供电。其中，集中式供电若按电源所处位置来划分，又可分为中央式供电和分层供电。
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　　中央式供电 以一个大功率电源供电给整个系统

　　分层供电 系统机架的每一层都有一个中功率电源供电给本层线路板
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　　分布式供电 每块线路板上各有一个小电源供电，电源的功率较小

  W. t1 h* z. J- n　　在这3种供电方式中，中央式供电的造价最低，因为系统中只有一个电源；分布式供电的可靠性、灵活性高，因为每块板上都有独立的电源，系统扩充时不会受现有电源的功率及电压所限制；分层供电在性能和造价方面则在前两者之间。目前国产大型通信系统主要采用分层供电结构。在分层供电结构中，系统目前仍主要使用电源板的1＋1备份方式来增加可靠性。为方便扩容，N＋1备份方式亦已开始被采用。
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3 e2 g. p+ O/ D% {& B+ u$ K2 分布式供电结构是必然趋势
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　　随着对通信系统可用度要求的提高，需要采用更高可靠性的供电方式。使用分布式供电方式时，由于每个电源的功率较小，发热量亦较低，加上电源的发热量是平均散布在系统的机箱内的，散热比集中式供电更容易，效果更好，电源在低温工作中更加可靠；而且电源的分散度越高，电源一旦发生故障所影响的范围亦越小，系统也就越可靠。
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　　 随着新一代线性电路及逻辑电路的出现，系统的工作电压有降低的趋势。12V及5V的使用开始减少，而3.3V和2.5V的使用则开始增加，用以提高速度、降低功耗。在这种趋势下，因DC电压配电的电阻所产生的电压降，在低工作电压时变得更明显和难以克服。这时只有采用分布式供电方式，因为DC／DC电源的分散度越高，工作电流越低，配电的电压降也就越低，就适合低压应用了。

+ J% X5 |* ^4 c/ E0 K7 b' W* W# F8 K　　系统电路中使用的元件的速度越来越高，对供电方式也提出了更高要求。例如高速微处理器，当由休眠状态转入正常工作状态时，其负载电流的变化速度可高达1000A／μs，这样高速的电流变化要求DC／DC电源要放置于最接近元件的位置上，缩短电源到负载的距离，以减小配电电线的寄生电感在负载电流高速变化时所导致的电压波动。最理想的做法，便是每块板有一个独立的电源进行供电。

/ T% G+ ^) t  B( i+ K, i7 w2 ], r; g　　另外，由于通信发展速度非常快，为了能够跟上发展的速度，一个好的通信系统，在设计之初，就必须要考虑到它今后的扩充性，而将线路板的密度提高是一种非常简便的扩充方式。在这种思路下，供电方式的选择尤为重要。举例而言，在一个SDH光传输系统中，一层机框有16块光传输线路板，每块线路板做了一路光收发电路。假设每块线路板耗电为2A，则总耗电为32A，此时电源板若采用一个60A／300W的电源模块能满足要求，因此可以采用分层供电方式，但是随着需求，光路不够了，要对系统进行扩展，就需要将线路板的密度提高，每块线路板上要做2路或4路光收发电路。此时，耗电量一下子增加了2倍或4倍，分层供电的电源板已远远不能满足需要，而且即使能满足，可靠性也变得极差。而采用分布式供电结构则没有此问题，可随意进行扩充。所以，分布式供电是实现系统扩充性的最佳选择。
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　　综上所述，通信系统的供电方式从集中式向分布式转变是一必然趋势。在欧美日等技术先进国家，通信系统中采用分布式供电已经比较普遍。相比之下，国产通信系统供电方式改变的步伐则明显慢一些。就目前而言，分层供电方式在造价、性能及可靠性的取舍中较符合国情。长远而言，国产通信系统采用的供电方式必然要跟随国际的趋势，向更可靠及灵活的分布式电源供电方式过渡。
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" g+ S( I; e6 X7 `. Y" M3 分布式供电设计需考虑的问题
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　　采用分布式电源供电时，最关键的问题是对每块线路板所采用的DC／DC电源模块的考虑。新的设计思想，对DC／DC电源模块有些特殊要求。
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# J% W- [8 P- K) X) D- m7 a2 h% J（1）电源模块的可靠性。目前国产的电源模块作为分布式电源模块的应用还有待时间的考验。
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, }4 f# Z: G' t" q: {5 I（2）降额设计。一般不应用到电源模块的满功率。满功率时，模块温度升高，可靠性降低。
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4 v/ _- h0 I1 q9 {  t; d+ ]) J6 q9 P（3）电源模块的工作温度。由于通信系统在户外应用的情况增多，因此要求电源的温度范围要宽，以应付在户外应用时由严寒至酷热的不同环境温度。一般的DC／DC电源模块的工作温度范围只是在0℃～+70℃，而户外应用的工作环境温度要求-40℃～+ 85℃，因此这类电源不适合户外应用。

# `8 w" |5 F- Z; P7 o: C& @（4）电源模块的体积。如板间距小，就需选用小的，不用散热片的。电源模块的高度受系统的板距离的限制而不可增加，相反有进一步收窄的趋势。

  Z4 A, ]3 Q( Q- E) o  m% }" D$ E0 J（5）散热及转换效率。降低电源模块散热的热阻及提高电源的效率，可降低电源在工作时的温度上升，令电源的可靠性增加。

$ z6 b, O# {8 c) g8 D（6）在功率较大的情况下，必须要考虑强迫风冷，一般采用转速达到要求的风扇。
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