我国移动通信产业配套直流模块电源的发展

    可以说我国还没有专门的供移动基站使用的直流模块电源。目前，基站使用的配套电源，无论是艾默生（前身是深圳华为）电源，还是中达电源，都是厂家为固话模块局(也即电信分局机房)设计的电源，其它如武汉洲际电源、北京通力环电源就更不例外了。为了适应移动基站的特点，这几年，厂家也对自己的电源有所改进，都推出了一系列新型号的电源。如中达的MCS-3000，艾默生的PS48300-3B/25以及PS48300-1B/30，通力环的TBOQ48/50(H)。这些型号的电源较之其以前同系列的其他电源有了许多改进，概括起来突出的有三点：首先是体积和重量变小了，其次都支持整流模块热插拔，再有就是增加了二次下电功能。对于适应基站使用来说，这些电源还需进一步改进。

    了解基站的特点，比如交流供电、直流负荷、放置地点、维护方式等，十分有助于明确基站配套直流模块电源（以下简称基站电源）的发展方向。基站的特点：一是交流用电复杂，有的是三相交流电，有的是单相交流电，有的是农电，有的是居民生活用电，有的是厂矿生产用电，交流供电质量相对较差。二是基站直流负荷相对都比较小，我所见过的基站还没有负荷超过200A的。三是基站数量多、分布广而且散、环境差（像野外高山基站，遭雷击概率大，交流引入不稳定，这些因素导致电源设备故障率高），致使基站配套设备维护难度大。基站电源应该适应基站的这些特点。

    因此，我认为基站电源都应具有这样一些特点：一是体积小、重量轻，便于安装、维护。基站现在使用的电源满配置都是600A以上的系统，基站负荷根本不可能有这么大，因此，基站电源还可以再小、再轻。二是标准化、模块化。整流模块单相工作。并且所有模块包括整流模块和监控模块都应该热插拔化，便于安装和维护。三是电源的交流输入单元要充分适应基站市电的恶劣环境。四是采取更好、更先进的防浪涌措施。五是要有强大的后台支持功能。六是要有强大的蓄电池管理功能。下面，我将就未来基站电源的后四个特点展开具体的阐述。

    一、电源的交流输入单元要灵活的适应三相、单相以及三相缺相市电

    目前，我所见的三相输入的电源通过简单的短接都可以适应单相市电环境，因为整流模块是单相工作的，所以这种做法能行通。但三相缺相以及市电过高过低保护处理方式上各厂家就手段不一、见仁见智了。艾默生、通力环电源的输入交流单元包括总空气开关和交流接触器以及相应的交流取样、控制板。而中达电源就没有交流接触器，市电经过总空气开关后就直接由分路空气开关进行输出分配。有交流接触器，市电过高、过低、缺相等交流保护在输入侧就可以完成。中达电源则把保护做在整流模块这一级，市电过高、过低整流模块都会停机。对于基站电源，我们要求在三相缺相等恶劣市电情况下整流器仍然可以工作。有交流接触器的，因为接触器需要工作电压，一般取B相，如果B相缺相，接触器将断开，整流器就会停止工作。艾默生电源就是这样。通力环则很好地解决了这个问题。通力环的交流接触器采用特别设计的驱动电路，确保了在交流欠压或者缺相的情况下接触器仍然能吸合。中达电源因为没有交流接触器所以市电缺相时只有所缺那一相整流模块不能工作，其余相上的整流模块仍然能工作。基站市电除了电压波动特别大、容易缺相外，零线虚接、断开，地线阻值过大、断开的情况也时有发生。如果零线断开，零对地电压就变得非常高，可达110V左右；如果地线断开，零对地电压也很高，可达40V左右。零对地电压过高对设备危害十分大，导致基站电源整流模块以及各种取样、控制电路板经常坏。然而，目前各厂家对零线带电都还没有很好的防护措施。如何防止零线带电对整流模块以及各种取样、控制电路板造成损坏，这是今后基站电源发展应该解决的一个难题。

    二、由于基站处的环境十分复杂

    比如建在高山上等，遭雷击的可能性本来就特别大，而且基站又有许多户外设施，比如市电引入线、铁塔、天馈线、光纤线路等，这些线路容易感应雷电从而引起很高的感应电压，导致基站设备的电路板最容易遭受浪涌电压的袭击。基站电源的监控模块、整流模块、取样以及控制电路板容易损坏的原因就在这里。这就要求基站电源的监控单元、整流单元要采取更好的防浪涌措施。特别是监控单元，因为基站现在都安装了动力环境监控，开关电源是被远端监控了的，如果监控单元损坏，远端便无法监控。会使维护人员的维护工作变得很被动。

    三、目前的基站电源都支持后台监控

    但据我对艾默生、中达、通力环各种型号的电源上报的监控数据来看，我认为还远不能满足维护人员的维护需求。维护人员当然希望在远端监控终端上能像在基站现场一样操作电源的监控模块菜单。也许这样做的难度太大。但我认为远端监控至少还应增加电压设定、电池测试、电池下电控制三相内容。对于远端均浮充电压遥调，目前中达的MCS3000以及艾默生的PS48300-3B/25可以提供支持。但厂家技术人员又不赞同维护人员使用该功能，害怕造成数据混乱。这只能说明该功能还不完善。至于远端电池测试、电池下电控制，我还没有发现哪家厂家能做到。为什么需要这些远端操作？这样做的好处是什么呢？我认为有两点，一个是减少维护工作量；二是保护蓄电池。先说远端电池测试如何能减少维护工作量。对于蓄电池维护，维护规程以及各蓄电池厂家都明确要求“每年应以实际负荷做一次核对性放电试验，放出额定容量的30％～40％”。如何完成这项作业计划呢？到基站上进行，基站数量那么多，这个维护工作量就太大了。如果能远端通过监控自动完成该多好。再说远端下电控制如何能更好地保护蓄电池。基站电源下电跳脱电压是假设所有电池性能都是好的、均衡的来设置的，但如果电池组中有落后电池，当落后电池达到放电终止电压时，就必须要保护落后电池，需及时断开负载。目前显然还做不到。基站停电后，维护人员通过监控系统关注蓄电池放电情况，特别是关注有无落后电池，如果发现落后电池，维护人员又可以远端控制蓄电池的下电保护的话，就可以对蓄电池提供更及时的保护。所以，今后基站电源需提供更强大的后台监控功能。

    四、基站配套设备维护的重点和难点是蓄电池

    为什么这样说呢？这是由蓄电池的使用性能决定了的，蓄电池最怕过充、过放。根据试验显示，电池每次放出25％额定容量，其循环使用寿命为1500次，若每次放电100％的额定容量，其寿命为150次，若放电150％额定容量，其寿命仅有2次。由此可见蓄电池过放的危害。过充对蓄电池的危害同样是巨大的。另外蓄电池对环境温度也有一定的要求。蓄电池的最佳运行温度是在25℃。开关电源对蓄电池的管理参数设置都是以25℃时蓄电池的运行参数为基础的，并由开关电源根据环境温度变化自行调节。由于基站停电时间多、环境温度变化大、维护及时性差，容易造成蓄电池过充、过放；另外，不同厂家的蓄电池性能不一，具体的充放电参数也不一样，因此，要求开关电源对蓄电池的管理功能要强大。目前，基站使用的开关电源除基本的蓄电池参数管理外都还具有这样一些蓄电池管理功能：充电管理、容量管理、负载下电电池保护、电池测试。可以说这四项管理功能对蓄电池的使用、维护都十分有益。而其中后两项管理功能可以说是专门针对基站蓄电池的使用、维护特点设计的。但现在的不足是，各个厂家对这些功能的理解不一样，实现起来差别很大，并且都还不很完善。下面，我将对充电管理功能、电池测试功能和容量管理进行详细阐述。

    1．对蓄电池进行充电，最重要的是掌握好均浮充，什么时候浮充，什么时候均充，对蓄电池的运行非常关键。

    现在的蓄电池都采取全浮充运行方式。均充只在以下情况进行：（1）蓄电池安装完毕后，对蓄电池进行补充充电；（2）电池组浮充运行三个月后，有两只以上电池电压低于2.18V；（3）电池全浮充运行达三个月；（4）蓄电池放电容量超过15％～25％额定容量。对于第二种情况，维护人员只有手动完成，并且在充放电几次后，仍然有低于2.18V的电池，可以认定该组蓄电池有质量问题，应该找厂家来处理。对于其余三种情况，应该能通过参数设置让开关电源来自动完成。第一种情况的均充，称之为上电均充，意思是蓄电池投入使用，需要进行补充充电。第三种情况的均充，称之为定时均充，目的是防止单体电池的不均衡。定时均充的设置可以从整流器上电时开始，就把上电均充包含在定时均充里了。第四种情况的均充，称之为复电均充，意思是停电后又来电时的均充。目前的开关电源都可以对蓄电池进行这样的自动充电管理。

    但对于“复电均充”这个概念，通信电源维护人员、蓄电池厂家、开关电源厂家都没有一个统一的认识。而且不管是1998年7月的《电信电源维护规程》，还是2002年6月29日的《中国移动通信电源、空调维护规程》，都只对定时均充做了规定，都没有提出这个概念，更没有复电充电这方面的规定。维护人员、一些蓄电池厂家以及开关电源厂家倒是有这样的概念。但是认识不统一，而且有些观念也是错误的。一是对复电均充条件的认识。比如复电转均充的条件设置，艾默生电源的PS48-3B/25就有两个条件，一个是转均充容量比，意思是放电时蓄电池容量下降到一定比例，复电时整流器就自动转入均充充电程序；另一个是转均充电流，意思是对蓄电池的充电电流大到一定程度时，整流器就自动转入均充充电程序。那么，究竟在什么条件下进行复电均充才是正确的呢？杭州南都电源有限公司1999年7月编制的南都《GFM—Ⅱ系列技术手册》推荐的方法要求，“放电后应及时充电，以0.1C10A的恒电流对蓄电池组充电，到电池单体平均电压上升到2.35～2.40V，然后改用2.35～2.40V进行恒压充电，直到充电结束”。意思是电池放电后，先要恒电流充电，然后再恒压充电。0.1C10A的大电流恒流充电的概念是针对早期的防酸式电池提出的，现在的免维护电池怕过充电所以就只要求限流恒压充电。况且现在的开关电源也不能给蓄电池进行大电流恒流充电。抛开对南都技术手册中的这个疑点不说，根据南都技术手册的规定不难看出一点，就是复电均充时不能立即把充电电压提升到均充电压。意即复电不能立即转入均充，而是要等充电电流小到一定程度时才能转入均充。那么，充电电流小到什么时候才能转入均充呢？中达的MCS-3000不同版本有不同的设计，一种版本规定当复电后，先浮充5分钟再转入均充充电程序。还有一种版本规定当充电电流小于或者等于50mA/AH时就转入均充充电程序。根据免维护电池的特点来说，后一种规定显然要科学一些。因此，我认为复电均充的条件应这样设置：先判断蓄电池的放电容量是否达到“复电均充放电百分比”，如果没有就转入浮充充电程序；如果已经达到就再判断充电电流是否小于或者等于50mA/AH，大于此值，继续限流浮充，一直到小于或者等于此值才转入均充充电程序。为什么要经过这两个判断呢？这是为了避免对蓄电池进行“大电流高电压”充电。

    二是对充电结束的判断。维护规程对于免维护电池规定“充电量不小于放电量的1．２倍”就算充电终止。南都的技术手册里是这样规定的：充电时间18～24小时（非深度放电可缩短到10小时）或者充电末期连续三小时充电电流值不变，就算充电终止。各电源厂家都是以“充电末期连续三小时充电电流值不变”作为判断标准。而这个标准维护规程是作为防酸式电池的规定的。我认为用充电量和末期电流这两个标准都可以。但充电量标准应该更科学一些。目前，各电源厂家之所以没有采用这个标准，是因为精确计算充电量太难了。其实，停电时，电源系统是计算了蓄电池的放电容量的，因为复电均充时要用到这个数值。这个数值比较好计算，因为放电电流变化不是很大，所以就简单地用“放电电流”与“放电累计时间”相乘来得到此数值。但充电电流变化就很大，所以要计算充电电量就很难。但通信电源以后的发展应该可以解决这个难题。三是如何防止过充电。目前各厂家普遍有两个做法：一个是从一开始均充起就累计均衡充电时间，若累计时间超过“均充保护时间”（1～24小时可调），系统就自动结束均衡充电。另一个是开关电源系统出现任何告警，系统都将立即转入浮充。此外，中达电源还监测了两只标示电池的表面温度，当电池温度超过设定值（40℃）时，系统就自动转入浮充。这个做法值得推广。

    2.目前各厂家提供的电池测试功能都还很简单。

    中达电源的电池测试功能选项有：（1）开启、关闭选择；（2）自动、手动选择；（3）自动测试周期；（4）测试开始时间；（5）最大测试时间；（6）测试结束电压；（7）测试告警时间。艾默生电源的电池测试功能只能在手动控制下完成，选项有：（1）测试中止电压；（2）测试中止时间。我认为为了便于蓄电池的维护，蓄电池的测试功能应做到：（1）能近端、远端完成；（2）能自动、手动完成；如果以后的基站电源都能支持这两项功能，维护人员就可以通过动力环境监控终端对基站蓄电池进行“核对性”容量试验。监控系统的蓄电池监控模块就可以提供完整的放电报告。开关电源与动力环境监控系统的配合使用对于蓄电池维护水平的提升能起到显著的作用。今后基站电源的发展应该重视这样的“配合”。

    3.要想通过开关电源对蓄电池进行“容量管理”是不可能的。

    因为蓄电池的容量是由整组蓄电池中容量最低的那只蓄电池来决定的。要确定蓄电池的实际容量必须放电到终止电压时才能知道。平时不可能进行这样的放电试验，并且开关电源只对蓄电池的总电压有监控，所以它不可能判断出整组蓄电池中那只蓄电池的容量最低。那么，各电源厂家声称的能计算蓄电池的“剩余容量”、“有效容量”、“目前容量”是不科学的，这些数值肯定不准确。实际上，所谓的“在线测试蓄电池的容量”，就是连现在市面上的专门的“声称5分钟”就可以测试出蓄电池容量的容量测试仪器也不可能做到。所以，所谓的“容量管理”是没有太大意义的。如果把“剩余容量”、“有效容量”、“目前容量”这样的数值再拿去做别的参数设置的依据就更是失之科学。我认为开关电源的这一项功能是可以取消的。

    作为基站电源维护人员，对未来移动通信产业配套直流模块电源的发展有很多需求，但上面这些需求应该是目前比较急需的。