中兴通信电源产品系列讲义.docx

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中兴通信电源产品系列讲义

中兴通讯电源产品技术经理培训教材

本部事业部电源系统部

二00二年四月

第一章中兴电源产品部简介

导读：

这一章主要介绍了中兴电源产品部的发展简况和现有的产品系列，是本教材的入门篇，各产品系列是本章掌握重点，同时关于产品部的发展、近几年的销售业绩等情况也经常用于客户交流中。

一、中兴通讯电源产品部发展概括

中兴通讯自1993年进入通信电源领域以来，通过对电源的高可靠性和高技术品质的不懈追求，并根据长期从事通信设备制造所积累的对行业用户需求的较深刻理解，开发出了拥有自主知识产权的系列齐全、技术领先的通信电源产品。

多年来，我们一直坚持稳健务实的工作作风，始终把保证产品可靠性放在第一位，在产品的开发、测试、生产等各个流程中，严格贯彻ISO9000认证体系；在设计过程中，以“高新技术保障高可靠性”作为主导思想，严格贯彻多种可靠性设计原则：

如降额设计、冗余设计、容错设计、热设计、电磁兼容性等；多年的积累和不懈的努力，使我们的产品具有了国内一流的质量品质和诸多的优良特性：

如宽广的电网适应能力、完善的三级防雷系统、良好的均流能力、二次下电保护功能、短路电流回缩保护等等。

自97年后，中兴电源借国内通讯领域高速发展之东风，进入了突飞猛进发展阶段。

1997年7月，中兴通信电源成为国内第二个获得原邮电部入网认证的产品；1997年12月，首批通过了国防部通信入网认证；继而，又先后通过了信息产业部、铁道部、广播电视部等信息网络的入网认证。

中兴电源进入通信电源市场以来，依靠高技术、高可靠性、完善的售后服务在短短几年之内得到了飞速发展，目前已经进入除台湾省外的国内所有省、市、自治区，分布城市包括北京、上海、拉萨、香港、澳门、广州、重庆、深圳等各个主要城市。

在中国电信、联通、移动、广电网、网通、吉通、铁通、国防通讯网、水力、电力、石油等市场都有大量使用，国外市场方面，产品打入东南亚、非洲、南美洲、欧洲、美国等国家和地区，在部分国家和地区形成了规模性销售，平稳运行的中兴通信电源得到了国外友人的广泛认可和称赞。

1999年，完成年销售额2.5亿；2000年，完成年销售额4.5亿；2001年，完成年销售额5亿；连续3年，中兴电源成为国内同行业中发展最快的企业。

中兴电源良好的表现得益于中兴通讯雄厚的研发实力和大量的开发投入。

中兴电源产品部现有两百余人，其中研发系统近百人，其中80％是来自全国各名牌重点院校的博士、硕士。

采用“研究一代，开发一代，生产一代”的多层次推进模式，中兴电源产品部现已研发出组合通信电源、配电屏、UPS、电力操作电源、模块电源、直流变换器等六大类产品，其中的ZXDU系列通信电源有五个系列十余个品种，容量涵盖15A—12000A，可以满足用户不同容量的需求。

经过几年的不懈努力，中兴ZXDU系列电源已具备了鲜明的技术特色和优势,具体表现为齐全的系列化产品、安全防护系统、先进的技术、极高的可靠性、强大的监控功能和极高的性能价格比。

ZXUPS系列化产品，从诞生之日起，就站在较高起点上，采用纯在线式双变换设计，提供完全纯净的电力输出，具有多种保护功能，品种齐全，得到用户的广泛认可和好评。

二、中兴通信电源产品种类

（一）．开关整流器系列

中兴通讯的组合通信电源系列主要用于为通信局站的通信、数据设备提供电能。

包括开关整流器、组合通信电源产品、配电屏产品等。

整流器的作用是把220V或380V交流电转换成－48V或＋24V的直流电。

1.1－48V系列

●ZXD800E15A开关整流器

●ZXD150030A开关整流器

●ZXD240050A开关整流器

●ZXD5000100A开关整流器

1.2+24V系列

●ZXD180024V/75A开关整流器

（二）．组合电源系统

组合通信电源系统主要完成把交流电转换成－48V或＋24V直流电，供给通讯主设备（如交换机、接入网、传输等）提供电能。

2.1-48V组合电源系统

2.1.1由ZXD800E15A整流模块组成的电源系统

●ZXDU45（48V/45A）嵌入式电源系统

●ZXDU75（48V/75A）嵌入式电源系统

●ZXDU75E（48V/75A）开放式机架系统

●ZXDU150（48V/150A）组合电源系统

2.1.2由ZXD150030A整流模块组成的电源系统

●ZXDU300（48V/300A）组合电源系统（此系统有2M和1.6M的两种机柜规格）

2.1.3由ZXD240050A整流模块组成的电源系统

●ZXDU400（48V/400A）组合电源系统

●ZXDU600E（48V/600A）组合电源系统

2.1.5由ZXD5000100A整流模块组成的电源系统

●ZXDU1500（48V/1500A）组合电源系统

●ZXDU3000（48V/3000A）组合电源系统

2.224V组合电源系统

2.2.1由75A整流模块组成的电源系统

●ZXDU600E－24V（24V/600A）组合电源系统

（三）．模块电源

模块电源产品是一种高度集成化的电源产品，主要的是DC-DC产品，也有DC-AC和AC-DC产品。

应用领域包括通信设备制造、军工和航天航空设备制造、办公自动化设备制造和仪器仪表制造四大领域；具体是给CPU、可编程逻辑阵列（FPGA）或者其它专用集成电路（ASIC）和芯片供电。

3.1ZXDG通用系列

ZXDG1R5

ZXDG3

ZXDG6

ZXDG10

ZXDG12

ZXDG25

3.2ZXDH高效系列

ZXDH33

ZXDH66

ZXDH75

ZXDH100

ZXDH150

ZXDH300

ZXDH500

3.3ZXDR铃流系列

ZXDR30

ZXDR40

3.4ZXDD高功率密度系列

ZXDD20

ZXDD25

3.5ZXDN非隔离系列

ZXDN20

（四）．不间断电源ZXUPS

UPS为UninterruptablePowerSupply（不间断电源）的简写。

主要为文件服务器、企业服务器、中心服务器、微机、集线器、电信系统、数据中心、医疗设备、无线市话基站设备及其他交流用电设备提供不间断供电以及高质量的交流电能。

中兴通讯的UPS产品分为5个系列。

容量范围从1kVA到100kVA。

4.1S系列（单进单出）

ZXUPSS501（单进单出1KVA）

ZXUPSS502（单进单出2KVA）

ZXUPSS503（单进单出3KVA）

ZXUPSS506（单进单出6KVA）

ZXUPSS510（单进单出10KVA）

4.2M系列（三进单出）

ZXUPSM510（三进单出10KVA）

ZXUPSM515（三进单出15KVA）

ZXUPSM520（三进单出20KVA）

ZXUPSM530（三进单出30KVA）

4.3T系列（三进三出）

“T”表示三进三出，容量最大可达100kVA。

4.4L系列（专用系列）

ZXUPSL005（无线市话专用不间断电源500VA）

ZXUPSL006（MBTS专用不间断电源500VA）

4.5N系列（通信局站专用系列）

N系列为通信局站专用UPS，具有市电和48V直流电两种输入接口，其正常工作时由市电供电，市电故障时转由直流电（组合通信电源所配蓄电池）供电。

复习题：

1、中兴电源产品近三年的销售额是多少？

2、中兴电源产品部有哪些产品系列？

3、中兴通信电源产品有哪些？

4、中兴不间断电源ZXUPS产品主要有哪些？

第二章通信电源基础知识

第一讲通信电源发展简况

导读：

本部分属于了解性知识，主要了解通讯电源领域的发展趋势和软开关技术的先进性。

一、通信电源的现状和发展趋势

通信电源通常被称为通信设备的“心脏”，在通信局（站）中，具有无可比拟的重要地位。

随着相关学科理论和技术的不断发展，通信电源也在不断发展进步，主要表现为供电方式由集中供电向分散供电发展、电力电子新技术在整流器中的运用、阀控式密封铅酸蓄电池的应用和电源集中组网监控。

1供电方式向分散供电发展

目前国内仍有部分用户采用集中供电方式，即将电源设备集中安装在电力室和电池室，由集中式电源向各通信设备供电的方式。

这种供电方式是在采用可控硅相控整流器和普通铅酸蓄电池的条件下产生的，由于上述设备体积庞大笨重、噪音大、有酸雾污染环境，只能将所有电源设备安装在电信大楼的底层的电力室和电池室。

集中式电源设备远离通信负荷中心，直流输电损耗大，安装和运行费用较高，系统可靠性较差。

80年代以来，开关整流器和阀控式铅酸蓄电池（即免维护蓄电池）的出现和越来越多的应用，使分散式供电成为可能。

分散供电方式中，交流电源系统仍可采用集中供电方式，但将电源设备（整流器、蓄电池、交直流配电屏）移至通信机房内，依据通信系统的具体情况有多种分设方法。

与传统的集中供电方法比较，有综合投资少、扩容方便、运行更可靠、容易实现智能经管与无人值守等优点。

当然，分散供电也有一定缺陷：

所需蓄电池的个数和成本加大，对交流电源可靠性、电磁兼容性、电源设备使用性能以及维护人员技术水平等均有较高要求。

分散供电方式对高频开关整流器的要求如下：

体积小、重量轻、效率高；严格要求电磁兼容（EMC）指标；交流输入电压范围宽；讲究外观结构；对蓄电池组有完善的经管功能。

分散供电方式对蓄电池的要求如下：

体积小、重量轻、功率密度大；可靠的密封；电池槽壳抗张强度大，安全排气阀不变质；具有良好的充放电特性等。

2电力电子新技术在整流器中的应用

整流器是整个通信电源系统中对系统可靠性影响最大、技术含量最高、技术更新也最快的部分。

在早期多采用可控硅（晶闸管）相控整流器，现已逐步为高频开关整流器取代。

随着电力电子技术的飞速发展，高频开关整流器的技术和产品也在快速更新。

目前电力电子技术和高频开关整流器的发展方向：

高功率密度（高频化）、高可靠性；高效率，低电磁干扰（EMI）。

技术的发展集中体现在如下几个方面：

开关器件的发展：

开关器件是开关整流器的核心器件。

在早期整流器中应用的开关器件是可控硅（SCR），通过改变导通角来控制输出电压，工作频率为工频（50Hz），对电网污染严重，而且相应整流器的电感电容工作频率也均为工频，导致体积庞大笨重，功率密度低。

现在多采用MOSFET和IGBT等新一代开关器件，前者工作频率可达几百千赫，甚至上兆赫，后者在采用软开关技术后，也可达上百千赫。

为整流器的高频化和高功率密度奠定了基础。

软开关技术的发展：

开关电源的主要组成部分是DC-DC变换器，DC-DC功率变换技术一直是全世界电力电子学科和行业研究的焦点，近30年来，DC-DC变换技术经过了一个由硬及软的过程。

60年代开始电力电子界发展和应用了一种时间比率控制（TRC）功率变化技术，包括PWM和PFM两种技术。

其优点是控制简单，其缺点是采用了硬开关技术。

所谓“硬开关”是指功率器件是带着较大的电和热的应力工作的。

硬开关主要存在两个问题：

一是开关损耗大，且损耗与其开关频率成正比；二是由于储能元件（包括分布电感和电容）以及开关器件的非理想特性等因素作用，使其工作区域可能超过开关管的安全工作区，这两个问题共同作用使得变换器的可靠性下降。

为了使开关电源能够在高频下高效率地运行，80年代初，美国VPEC李泽元教授等人提出了软开关的概念。

所谓“软开关”的实质就是在硬开关上增加LC谐振电路，在开关变换时，LC谐振被迫将开关上的电流或电压迅速变为零，从而使开关变成零电压开关（ZVS）或零电流开关（ZCS）。

软开关的开通、关断损耗理想值为零。

开关频率可提高到兆赫级，开关电源体积、重量进一步显著减小。

软开关技术的应用到目前为止又经历了3个阶段。

首先是谐振方式。

它是利用谐振原理，使开关器件中电流或电压按正弦规律变化，当电流或电压自然过零时，使器件关断或开通。

其次是准谐振方式（QRC）。

准谐振开关是在PWM开关上附加谐振网络，利用局部谐振实现ZVS或ZCS。

谐振和准谐振方式的特点都是将开关软化，减小了器件电和热的应力，使高频化成为可能。

但存在需要采用变频控制的缺点，因此控制方式不如PWM控制方便；而且变压器电感等磁性元件按最低频率设计，很难实现小型化；此外由于频率变化，变压器、电感难以进行优化设计，工作状态不理想。

从80年代后期开始，软开关技术进入了第3个阶段，就是将PWM技术和准谐振技术相结合，使变换器一周期内，一部分时间按ZCS或ZVS准谐振变换器工作，另一部分时间按PWM变换器工作，这样，变换器既有电压过零或电流过零控制的软开关特点，又有PWM恒频调宽的特点。

目前这种软开关方式主要有两种：

零开关-PWM变换和零转换-PWM变换。

这两种技术都是研究的热点，在一定程度上代表了电源功率变换的最高技术之一。

零转换-PWM变换器目前较多地停留在实验室阶段，零开关-PWM变换则已经在全世界许多电源生产厂家中被广泛应用。

关于软开关技术的研究正在电力电子界火热的进行，相应的电路拓扑和软开关控制实现方式也层出不穷，但能否真正的应用于通信电源，还需要产品来用事实检验。

功率因数校正（PFC）技术的发展：

开关整流器内部一般采用两级变换形式：

首先通过AC—DC整流、滤波电路将交流输入变为直流，再通过DC-DC环节变为相应的直流电。

由于前级的整流、滤波电路是一种非线形元件和储能元件的组合，因此，从电网侧看来，开关整流器相当于一个容性负载，它使得电网供电发生严重畸变，不再是单一基波频率的正弦波，造成谐波污染。

导致噪声、误动作、振动、过热甚至烧毁等事故的发生，同时增加了配电系统和变压器的损耗、增大了中线电流（谐波），还严重干扰了各种无线电通信的正常工作。

此外，网侧功率因数一般在0.5—0.7，给电网带来了额外负担，造成了大量的能源浪费，使发电和输变电设备运行效率下降。

为了减小AC-DC变流电路输入端谐波电流造成的噪声和对电网产生的谐波“污染”，以保证电网供电质量，提高电网的可靠性，同时也为了提高输入端功率因数，以达到节能的效果，提倡“绿色电源”，各国电力电子研究机构从60年代起就开始研究提高AC-DC电路输入端功率因数和减小输入电流谐波方法，提出的技术方案主要有两类：

无源滤波器和有源功率因数校正器（APFC）。

无源滤波器是在整流电路和滤波电容之间串联工频滤波电感，或在交流侧接入谐振滤波器，其主要优点是简单、成本低、EMI小，主要缺点是尺寸、重量大，难以得到高功率因数（一般不超过0.9）、工作性能与频率、负载变化及输入电压有关等。

有源功率因数校正器是近一、二十年来发展的一项新技术，它在整流电路和负载之间接入了一个DC-DC闭环开关变换器，其主要优点是可得到较高的功率因数，如0.97—0.99，甚至接近1；THD小；可在较宽的输入电压范围和宽频带下工作；体积、重量小；输出电压也可保持恒定。

3阀控式密封铅酸蓄电池的应用

传统的开口型电池，由于平时水的蒸发和充电终期的分解，需要经常补充蒸馏水。

此外在充电终期，氢氧从负正极板冒出来时将稀硫酸带出形成酸雾，污染环境，必须及时清洗。

这就给维护人员带来很大的工作量。

阀控式密封铅酸蓄电池的正负极板与电解液和一般的铅酸蓄电池一样，但其具有如下特点：

密封程度高，电解液呈凝胶状（胶体式）或者被吸收在高孔率的隔离板内（贫液式），不象开口型电池中的电解液可以自由流动。

极板栅采用少锑或无锑铅合金，自放电小。

正负极板全被隔离板包围，有效物质不易脱落，使用寿命长。

由于密封好，水分不易蒸发，加之采用阴极吸收法抑制气体产生，利用负极容量相对正极容量过剩来吸收氧气，而氢气发生量也甚微，故无须添加蒸馏水。

由于阀控式密封铅酸蓄电池具有以上特点，大大减少了工作人员对电池的维护工作，被称做“免维护蓄电池”。

并在通信系统中大量应用。

4电源集中组网监控

在通信电源的监控领域内，以先进的、集中的、自动化的维护经管方式来经管通信电源及通信设备是必然趋势，集中监控的目的是对分布的电源及其他一些设备进行遥控、遥测、遥信，实时监视设备运行状态，记录和处理有关数据，及时侦测故障，通知人员处理，从而提高供电系统的可靠性。

目前，国内通信局（站）正在组建动力与环境智能监控网络，其目的是时实监视系统和设备的运行状态，检测和处理故障，记录和处理相关数据。

而动力的经管是通信网络安全可靠运行的关键，没有全面的动力经管系统就可能引起动力的中断或灾难性事故。

组建动力与环境智能监控网络，对分散供电方式直流电源系统尤为重要，因为分散式电源系统分成了若干个小单元，需要更多的冗余整流器、蓄电池组、分体空调。

所以只有通过组网监控，才可能体现供电可靠性高的优点，以及达到少人或无人维护经管的目标。

二、通信设备对电源系统的一般要求

通信设备对电源系统的一般要求是：

可靠、稳定、小型、高效率。

可靠

为了确保通信畅通，除了必须提高通信设备的可靠性外，还必须提高电源系统的可靠性。

通常，电源系统要给许多通信设备供电，因此电源系统发生故障后，对通信的影响很大。

为确保可靠供电，在直流供电系统中，采用整流器与电池并联浮充供电方式。

此外在先进的开关整流器都采用多个整流模块并联工作的方式，这样当某一个模块发生故障时不会影响供电。

稳定

各种通信设备要求电源电压稳定，不能超过允许的变化范围。

电源电压过高，会损坏通信设备中的电子元件，电源电压过低，通信设备不能正常工作。

此外，直流电源电压中的脉动杂音也必须低于允许值，否则，也会严重影响通信质量。

小型

随着集成电路的迅速发展正向着小型化、集成化方向发展。

为了适应通信设备的发展，电源装置也必须实现小型化、集成化。

此外，各种移动通信设备和航空、航天装置中的通信设备更要求电源装置体积小，重量轻。

为了减少电源装置的体积和重量各种集成稳压器和无功频变压器的开关电源得到了越来越广泛的应用。

近年来，工作频率高到几百kHz且体积非常小的谐振型开关电源，在通信设备中也大量应用。

高效率

随着通信设备的容量日趋增加，电源系统的负荷不断增大，为节约电能，必须设法提高电源装置的效率。

节能主要措施是采用高效率通信电源设备，过去，通信设备大多采用相控型整流器，这种电源效率较低（<70%），变压器损耗较大。

而高频开关电源效率可达到90%以上，因此采用高频开关电源可以节约能源。

复习提:

1、通信电源领域中的几大发展趋势是什么？

2、目前有哪些主要的软开关技术？

3、有源功率因数校正技术有哪些好处？

4、通信设备对通信电源有哪些要求？

5、目前主要使用的功率开关器件有哪些？

第二讲组合通信电源系统结构及功能

导读：

本章是本教材的掌握要点之一，要求了解组合通信电源系统由哪些部分构成?

各部分的功能是什么？

了解结构原理图的画法。

组合电源系统的工作原理框图如图2-1所示。

图中可见一个完整的组合通讯电源系统包括五个基本组成部分，分别是交流配电单元、整流部分、直流配电单元、蓄电池组、监控系统，下面分别进行介绍。

交流配电单元

交流配电单元将市电接入，经过切换送入系统，交流电经分配单元分配后，一部分提供给开关整流器，一部分作为备用输出，供用户使用。

系统可以由两路市电（或一路市电一路油机）供电，两路市电主备工作方式，平时由市电1供电，当市电1发生故障时，切换到市电2（或者油机），在切换过程中，通信设备的供电

图2-1电源系统原理框图

由蓄电池来供给。

两路市电输入要求有机械或者电器互锁，防止两路交流输入短接。

两者的切换在小系统中一般用电气自动切换，大系统中一般用手动切换。

另外，在交流断电的情况下，交流配电单元提供一路直流应急照明输出。

系统的第二级防雷电路放在交流配电单元中。

在交流配电单元中，交流防雷关系到整个电源系统的安全，因此系统的二级防雷器件选用带有遥信触点TT接法的防雷器，防雷器前还应加防雷空开。

交流配电单元内应有监控的取样、检测、显示、告警及通信的功能。

空气开关为交流配电单元的主要器件，应谨慎选用。

整流部分

整流部分的功能是将由交流配电单元提供的交流电变换成48V或者24V直流电输出到直流配电单元。

整流部分包括整流模块和结构部分（机架）。

目前国内还有很多相控整流器在运行。

这种整流电路用可控硅（晶闸管）作为开关器件，通过移相（改变导通角）来控制输出电压，故称相控整流器。

相控整流器工作在工频（50Hz），体积重量大，效率低、对电网的污染严重，并产生大量的热辐射和工频噪音，现在已经逐步被高频开关整流器所替代。

高频开关整流器采用MOSFET和IGBT等新一代开关器件，工作频率大多高于20kHz，体积和重量大幅度下降，消除了噪音，在采用功率因数校正技术后，提高了功率因数，使之接近1。

由于电力电子技术的长足发展，不断有新技术应用在高频开关整流器上。

结构方面，整流机架一方面给整流模块一个安装结构上的支撑，另一方面，整流机架有汇流母排，将各个整流模块的直流输出汇接至直流配电单元。

直流配电单元

直流配电单元完成直流的分配和备用电池组的接入。

开关整流器的输出经汇流母排接入直流配电单元，配电单元为负载分配不同容量的输出，可满足不同的需要，后备电池组的输入与开关整流器输出汇流母排并联，以保证开关整流器无输出时，后备电池组能向负载供电。

直流配电单元的技术关键在于保证屏内压降的较小值，显示的准确和监控的可靠实现。

内部的布局能根据用户的需求不同灵活改变，方便工程开局，上下出线均可。

蓄电池组

通信电源系统中采用整流器和蓄电池组并联冗余供电方式。

蓄电池组既为备用电源，又可以吸收高频纹波电流。

目前常用的蓄电池为阀控式密封铅酸蓄电池，即VRLA，因为较之传统的开口型电池密封性好、自放电小、寿命长，又被称为“免维护蓄电池”。

依照其使用环境可分为移动型和固定型两种，又可依据电解质状态分为贫液式和胶体式两种类型。

蓄电池结构

VRLA由电池槽、极板组、电解液、隔膜、安全阀、引出端子等部分构成。

工作原理

PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O

放电

充电

蓄电池的充放电的化学方程式如下：

由于充放电过程是可逆的，理论上电池是可以无限循环使用的。

但实际上充放电过程中，一方面由于极板体积的膨胀与收缩会使一些有效物质脱落、减小极板有效面积和电池容量；另一方面有些有效物质无法还原，而形成硬化的硫酸铅（硫化），减小了电池容量。

也就是说，如果维护工作正常，电池的寿命主要决定于充放电循环周期。

充电特性

蓄电池的两种充电状态分别是正常充电和均衡充电（均充）。

正常充电是电池放电之后、在不脱离负载情况下的充电，包括浮充充电、限流恒压充电和递增电压充电三种。

在蓄电池放电时间较长时，采用限流恒压充电和递增电压充电，在蓄电池放电时间仅为几分钟或者与整流器共同给通信设备供电时，采用浮充充电。

均衡充电是指：

多节串联的电池（一般为24节）在运行过程中有时会发生容量、端压不一致的情况，为了防止发展为故障电池，采用限流恒压充电和递增电压充电定期补充电池的容量，使多节电池的容量、端压趋于均衡的充电方法。

蓄电池浮充电压的选择是对电池维护好坏的关键，如果选择的太高，会使浮充电流太大，不仅增加能耗，对于密封电池来说，还会因剧烈分解出氢氧气体而使电池爆炸，如果选择太低，则会使电池经常充电不足导致电池加速报废。

根据YD/T799-1996规范要求，浮充电压取值为2.23—2.27V/节。

影响蓄电池寿命的因素

通常的VRLA电池的浮充寿命为10年左右，充放电次数为1000—1200次。

除了电池本身的设计、工艺水平和充放电循环周期以外，影响蓄电池使用寿命的因素还包括：

放电深度：

电池的过放电会严重的缩短电池的使用寿命，因此要严禁电池的过放电。

充电电流：

充电电流过大会使电池内盈