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通信电源发展的动力趋势与市场


www.fskali.com 2009-5-27 17:39:28 点击数 : 4913

通信市场的兴旺带动通信电源的强劲发展

  ——通信事业的发展,引起全国用电量的增长是很显著的。我这里有1992年的统计数字 ,邮电部门全年用电量只有25亿度,而到了1993年达到40亿度,增长了60%,当时交换机装机总容量的年增长率为43%,特别是最近三年来装机总容量年增长率是相当高的。可以估计,现在电信网络的耗电,如果仍然采用90年代初期的电源设备比起90年代初期的耗电绝对不是增长几倍的问题了。
   ——通信用电量的显著增长,迫初需要AC/DC和DC/DC高效率无污染和具有高可靠性的通信电源。
  ——以AC/DC整流电源为例,采用晶闸管的相控整流电源,相对于过去采用直流发电机组或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;而采用大功率晶体管的高频整流电源,在技术上又是一次飞跃,不但可以方便地得到不同大小的直流电压,很重要的是甩掉了笨重的工频变压器。由于采用高频劝率变换,使电源显著地减小了体积重量而有可能和设备的主机体积相协调,并且使电性能也得到提高。正因为如此,在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,这一决策是完全正确的,为国家节省了大量铜材钢材和占地面积。由于交换效率提高,能耗减少,降低了电源环境的室温,改善了工作人员的环境,提高了生产率。我国通信部门广泛采用开关电源还极大地推动了在其它领域的广泛应用。
  ——应当指出的是,在通信领域,目前仍有一些地方因担心购买新设备会加大成本,甚至在设备更新时仍然采购相控电源。实际上用开关电源取代相控电源是很合算的。上海市电话局曾经作过一次简单的计算,相控电源的效率为0.7,功率因数就算是运行在0.8,以1000A的直流系统为例,其年耗电量的度数不难求出。而开关电源效率为0.9,劝率因数达到0.92是容易的,同样对1000A直流系统而言,也不难算出其年耗电度数。一年运行下来,采用开关电源比起相控电源,可以节省达17万元以上之多!由此可以看出,使用开关电源,不需经过很长时间,就可以将取代相控电源的成本收回。即节约了电能,又降低了运行成本,还提高了设备的技术档次。
  ——当前,我国正在推行国民经济和社会信息化,以覆盖现代化建设全局这一战略举措,可以预见,在相当一段时间,信息产业仍将成为国民经济增长的焦点,而通信事业是信息产业中很重要的一个方面。就以我国移动电话的发展为例,1987年开始运营只有700户,经过了十年发展,到1997年7月的统计,全国达到了1000万户。到了1998年开始,我国移动电话成为新的经济增长点,1998年一年新增用户1132万户。据信息产业部当时的预计,到2000年达到4000万户;2005年达到1亿户,到2010年将达到2亿户。实际上,20 00年1月到10月的最新统计,中国的移动电话已经达到了6723万户,超过日本,仅次于美国位居世界第二,远远超过了原来4000万户的预计。
   ——移动电话的迅猛增长必须建立大量的移动电话基站,才能保证移动电话系统的正常运行。每一部小小的移动电话都必须配备充电器,它就是一个小小的AC/DC开关电源。移动通信基站的建设,每一部发射机,每一部接收机都必须有电源供电支撑。较小的基站也需要有300A的直流电源系统,较大些则需要900A或更高。由此可见,做为信息产业的通信事业在我国的大发展,极大地推动了我国开关电源技术和新产品的开发与生产。
  ——信息产业作为我国经济发展的龙头,同样也反映在通信事业方面。通信事业的发展还促进了其它电源,如UPS不间断供电电源和变频电源的市场需求。直流电源系统和UPS是直接向通信设备供电的,是不允许在运行中间有任何断电的,固此交流(UPS系统)或直流系统不间断供电的保证是非常重要的,蓄电池就是在这两种系统中保证不间断供电的关键。
  ——现在阀控电池作为防酸隔爆电池的取代产品有诸多优点,但又有一些不足。阀控密封电池对环境温度有较严格的要求。在设计使用温度基础上,环境温度每升高10度,电汕寿命将有较大幅度的下降,推荐电他的使用环境温度为25℃。因此机房必须要加装空调,而变频空调是空调的发展方向,变频空调的核心部件就是变频电源。根据上海市电话局的经验,他们曾经作过测试比较。大功率中央空调必须要采用风机和水泵,和恒频供电比较,采用变频电源时,冷冻泵可节电21%,冷却泵可节电达31%之多。

通信电源的发展趋势与我国电源行业面临的挑战

  ——通信电源的发展趋势可概括为:高频化、高效率、无污染、模块化。这里的通信电源是指直接向通信设备供电的一次电源AC/DC高频开关整流电源和二次电源DC/DC直流开关电源。
  ——高频化是缩小电源体积重量的重要技术途径,又是提高电源动态品质的重要保证。
  ——高效率,作为电源,效率是重要指标。效率高,发热损耗小,散热容易,才容易做到高劝率密度:也是提高产品可靠性的根本保证。高频化的结果,使功率器件的开关损耗增加,因此各种软开关技术应运而生。先是在80年代后出现的谐振软开关技术,解决了高频开关损耗问题,但又引起电路通态损耗增大和电路器件电流和电压应力增大的问题,且用调频控制,输出滤波器不能运行在最佳滤波工作状态。到了90年代初“软开关P.W.M”电路拓扑的出现,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外加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,在全周期仍是工作在P.W.M模式。因此又称“零电压(流)转换P.W.M”。这种电路结构在各种高频开关电源中将得到广泛应用。
  ——无污染中的“污染”,是指开关电源的采用,将使输入电流谐波增加,劝率因数降低,使供电网受到污染。为了提高高频开关整流电源的功率因数,无源特别是有源劝率因数校正技术,近五年来开展了广泛地研究。近年来,单相功率因数校正技术,电路拓扑层出不穷,控制电路已制成专用集成芯片,技术日臻成熟。现在成熟的技术是在DC/DC变换之前,电网供电输入之后专门加一级PFC(功率因数校正)电路,使功率因数达到0.99以上。前两年提出,能否将PFC与DC/DC并成一级,以减小体积和降低成本。两年时间已过去了,这方面有人做过专门研究,在电路的效率和器件承受应力方面,还不理想。三相功率因数校正技术,仍是一个热门研究课题,每次学术会议,尤其是较大的会议总会有研究文章发表。由于有三相,每相都有校正问题而相间又有相互影响问题,因而电路拓扑和控制方法都比较复杂,已经几年了,尚未见广泛应用于产品。
  ——模块化是开关电源的重要发展方向之一。模块化能适应分布式电源供电系统的需要。联系到通信系统的实际,分布式供电能合理地传输与分配电能,大幅度减少直流送电的损耗。我这里想重点讲一讲模块化的发展趋势问题。
  ——现在习惯上把AC/DC高频开关整流单元或DC/DC直流开关变换单元都称作电源“模块”。实际上与真正含义上的模块相差甚远。
  ——直观的理解,模块,应当是集成的,封装成一个整体的。现在通信中用的二次电源,多数厂家已经能提供封装成一个整体的模块电源,但就其内部结构来说,距离集成还相差很多。对于通信中用的一次电源距离集成就相差更多。打开一个AC/DC48伏额定输出的一次电源,功率开关器件、变压器,电感、大电容都是分立按装,控制电路、驱动这些小信号电路可能已分别集成做成芯片了,这也就是目前模块电源集成的发展水平,即一些技术上成熟又通用的控制或驱动电路都已制成专用芯片,由市场提供已非常方便。有人做过统计,一个逆变器有200-300个零件装配在一起变成一个整机。
  ——在自动化生产比较高的国家,50%-60%的元件可以用自动化生产装配来完成,30%-40%元件还必须用于装,所需劳动力很大,成本仍很高。
  ——因此现在一个很重要的发展方向就是做整机系统集成的工作。即不但要做信息集成的工作,还要将劝率器件和信息器件集成在一起,即是要做整机的系统集成。这样做的结果是可以实现完全的自动化生产,目为大量生产,成本不断下降,能促使应用快速增长。技术上自然是有难度的,不但有半导体劝率芯片与信息芯片的集成问题,整机的系统集成,必然是器件的高密度,过去器件间的连接靠引线,要去掉以提高可靠性,还要解决好大功率的散热的问题。
  ——这个问题也是美国电力电子系统工程中心目前正在进行的一个重要研究项目J据了解,美国的一些生产电源的大公司都很重视这一方面的研究,结合新产品的开发而在不断地推出新产品。
  ——据可靠消息报导,腾讯科技亚太公司(Artesyn),到2003年腾讯生产的模块电源与1998年即5年前生产的模块电源各种型号相比较,将要全部更新。新产品体积重量均减小,由于集成的自动化生产的明显提高,产量也会有较大幅度的提高,而价格却有明显地下降。
  ——新的发展形势与发展趋势对于我国电源企业面;陆严峻的挑战。我国的电源技术研究,从理论到实验、仿真,与世界水平完全可以比较,是不低的,在一些方面还常有突破;但是在产品方面,结构和工艺麦距就明显了。现在看采,主集成自动化生产达到产量大而价格便宜,自然将会大面积占领市场,结构工艺落后价格又贵的产品将遭到自然淘汰!对于一个国家也是这样,我国电源大小企业据统计有三千多家,如由行政命令重新组合或兼并是不可能的。有条件的企业能实现整机系统集成全自动化的生产,产品的体积重量具有明显优势而价钱又便宜,产品又能大量供应,自然就会占领市场。那些中小企业,特别是大量的小企业将会遭到自然淘汰。对于全世界来讲也是一样。现在我国一些大公司生产的通信用开关电源,性能完全可以和进口产品进行竞争,因而已有一定数量的出口。如果我们现在不做系统整机的集成工作,不能与国外竞争,我们已经占有的市场还将失去!我国即将进入WTO,机遇和挑战并存,我们只有振作精神发挥我们自己的优势去迎接挑战。

我国电源市场的规范与成熟

——我国在1994年通信部门大力推广开关电源以来,明显地推动了开关电源的主产。但是一段时间以来,通信电源设备市场比较混乱,相当一部分厂商连基本的技术支持能力都不具备却在销售产品(也可见市场对产品的迫切需求),对电信网造成潜在威胁。近年,信息产业部对主要电源产品进行了检测并发放入网许可证,有效规范了电源产品市场和厂商经营行为,也促进了电源产品质量的提高。
  ——我这里想讲一点市场成熟的问题,就是一些情况反映还存在不够成熟。如推广采用开关电源取代相控电源这件事,对于国家来说,只能是大力推荐,不可能下行政命令。结果就有一些保守的用户仍然习惯于使用相控电源,再加以购买开关电源投资要高些,也没有再深入作调查了解或计算,至今仍将开关电源拒立于门外。虽然这种用户占的比例不大,但仍有一定数量。结果一些工厂也不得不投入一定人力设备继续生产相控电源。从电源向前发展的总体上来说显然是很不利的。另外一种就是盲目追求高新技术是否采用。曾听到厂商的诉苦,说是在产品订货会上,有一些用户采购订货,就是比较哪家生产的产品开关频率是否高,有没有采用软开关技术,有没有采用有源功率目数校正环节,以此作为选购产品的标准,而忽略了最重要的作为产品的指标性能价格比。有的产品考虑到应用场合,体积重量不是主要矛盾,那么为什么还要追求过高的开关频率呢!
  ——对于三相输入的一次电源来说,采用无源功率因数校正,即采用简单的LC滤波方法可以有把握地使功率因数达到了0.92以上,技术成熟又可靠,已能满足目家标准和国外标准。而有的用户听说国外有哪个产品,已经采用了三相功率因数校正技术,因而一再要厂商在产品中也要采用,可以想到不会得到什么积极的结果的。
  ——要强调的是产品不同于科研成果,首先要可靠,一个是结构工艺要可靠,一个是采用成熟的技术,适合于作产品批量生产的技术,综合要考虑的是性价比。当然我们绝不是要墨守成规,作为厂家,我们要不断地创新,不但要和国内厂家竞争,还要立足子世界,和国外产品竞争,不断地推出性能/价格比高的新产品,这样才能永远立于不败之地,使我国的电源行业真正地兴旺发达起来。

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