Bộ chỉnh lưu viễn thông hoạt động như thế nào?

Bộ chỉnh lưu viễn thônglàm gì?Bộ chỉnh lưu viễn thông là bộ chuyển đổi AC-DC cốt lõi của mọi hệ thống nguồn viễn thông. Nó nhận nguồn AC tiện ích (thường là 90-300 V AC) và cung cấp một bus DC -48 V sạch, được điều chỉnh chặt chẽ để cấp nguồn cho radio, bộ chuyển mạch, bộ định tuyến, nút sợi quang và các thiết bị mạng khác — trong khi cùng một bus đó giữ cho khối pin dự phòng được sạc.
Trong thực tế, "bộ chỉnh lưu" là một hệ thống, không phải là một hộp đơn lẻ. Một số
mô-đun chỉnh lưu có thể thay nóng chia sẻ một giá đỡ với một khối pin và một bộ điều khiển hệ thống. Các mô-đun chuyển đổi AC sang DC; bộ điều khiển cân bằng dòng tải giữa các mô-đun, quản lý pin và báo cáo trạng thái và cảnh báo qua SNMP hoặc RS485/Modbus.Tất cả các bộ chỉnh lưu viễn thông hiện đại đều là thiết kế chế độ chuyển mạch. Chuyển mạch ở tần số cao làm giảm đáng kể kích thước của máy biến áp và các thành phần lọc, đó là lý do tại sao một mô-đun 3 kW hiện đại có thể đặt vừa trong một giá đỡ 1U-2U thay vì một tủ.
Tại sao đầu ra là -48 V DC

Tiêu chuẩn -48 V có từ các tổng đài điện thoại ban đầu, nơi 24 cell axit-lỏng nối tiếp cho ra điện áp danh định 48 V. Lựa chọn này được giữ lại vì ba lý do kỹ thuật:
1. An toàn. 48 V nằm dưới giới hạn 60 V DC mà trên đó các tiêu chuẩn an toàn quốc tế yêu cầu bảo vệ bổ sung, vì vậy kỹ thuật viên có thể làm việc trên các hệ thống đang hoạt động với các biện pháp phòng ngừa cơ bản.
2. Ngăn ngừa ăn mòn. Hệ thống là -48 V, nghĩa là thanh dương được nối đất. Nối đất dương cung cấp sự bảo vệ catốt giúp ngăn chặn sự ăn mòn điện phân của dây dẫn đồng trong các đường dây ngoài trời và dưới lòng đất — một yếu tố quyết định đối với mạng điện thoại ban đầu.
3. Tương thích pin. Vì khối pin tự nó có điện áp danh định 48 V, bộ chỉnh lưu và pin chia sẻ một bus DC mà không cần thêm giai đoạn chuyển đổi, điều này làm cho đường dẫn dự phòng trở nên đơn giản và đáng tin cậy.
Giao diện được tiêu chuẩn hóa bởi ETSI EN 300 132-2, với thiết bị thường chịu được điện áp 36-72 V DC trong phạm vi hoạt động.
Năm giai đoạn cốt lõi bên trong một mô-đun chỉnh lưu

Mọi
bộ chỉnh lưu viễn thônglàm gì?1. Lọc EMI. Bộ lọc đường dây loại bỏ nhiễu dẫn và bảo vệ bộ chuyển đổi khỏi các quá áp tức thời của lưới điện.
2. Hiệu chỉnh hệ số công suất (PFC). Giai đoạn PFC chỉnh lưu AC và tăng điện áp lên khoảng 400 V DC. Nó định hình dòng điện đầu vào để nó vẫn hình sin và cùng pha với điện áp, giữ hệ số công suất ở mức 0,99 trở lên. Điều này làm giảm ô nhiễm hài và cho phép nhiều công suất thực hơn chảy từ một nguồn AC duy nhất.
3. Chuyển mạch tần số cao. Bộ chuyển đổi DC-DC — thường là cấu trúc cầu đầy đủ dịch pha hoặc cộng hưởng LLC — bật và tắt liên kết 400 V ở tần số từ 20 kHz đến 1 MHz. Tần số cao này là chìa khóa cho kích thước nhỏ của bộ chỉnh lưu hiện đại: tần số càng cao, máy biến áp và các thành phần lọc càng nhỏ.
4. Cách ly và giảm áp máy biến áp. Dạng sóng chuyển mạch đi qua máy biến áp tần số cao để giảm điện áp và cung cấp cách ly galvanic giữa nguồn điện AC và đầu ra DC — một yêu cầu an toàn bắt buộc.
5. Chỉnh lưu đồng bộ và điều chỉnh. Ở phía thứ cấp, các MOSFET (thay vì các diode thông thường) chỉnh lưu AC trở lại DC. Vì MOSFET dẫn với tổn thất thấp hơn nhiều so với diode, chỉnh lưu đồng bộ là yếu tố đẩy hiệu suất lên trên 96%. Bộ lọc đầu ra làm mịn DC xung thành một bus sạch, và một vòng điều khiển kín giữ điện áp chính xác ở mức mục tiêu.
Hiệu suất và Hệ số công suất: Các con số quan trọng

Hiệu suất là chi phí vận hành mà không ai tính riêng: một địa điểm lớn tiêu thụ hàng chục kilowatt, vì vậy mỗi phần trăm hiệu suất tiết kiệm hàng nghìn kilowatt-giờ mỗi năm.
1. Các bộ chỉnh lưu chế độ chuyển mạch tần số cao hiện đại thường đạt hiệu suất trên 96%.
2. Các thiết kế băng thông rộng sử dụng SiC/GaN được báo cáo đạt trên 98% trong điều kiện phòng thí nghiệm, so với khoảng 92-95% đối với các thiết kế silicon cũ.
3. Hệ số công suất đạt 0,99 trở lên với PFC chủ động.
Độ tin cậy: Dự phòng N+1 và Thay nóng
Các bộ chỉnh lưu viễn thông có thiết kế mô-đun. Một địa điểm có tải cần bốn mô-đun thường lắp đặt năm — dự phòng "N+1" — vì vậy việc một mô-đun đơn lẻ bị lỗi không bao giờ làm gián đoạn dịch vụ. Các mô-đun có thể thay nóng: kỹ thuật viên có thể rút một thiết bị bị lỗi và lắp một thiết bị thay thế trong khi hệ thống vẫn hoạt động. Kết hợp với các số liệu MTBF hàng trăm nghìn giờ, kiến trúc này mang lại cho nguồn điện viễn thông nhãn "carrier-grade".
Thông số kỹ thuật bộ chỉnh lưu viễn thông

Tham số

Q:Bộ
chỉnh lưu viễn thônglàm gì?A:Nó chuyển đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn điện một chiều -48 V được điều chỉnh để cấp nguồn cho thiết bị viễn thông và giữ cho pin dự phòng được sạc, do đó mạng lưới tiếp tục hoạt động trong các trường hợp mất điện lưới.
Q:Tại sao các hệ thống viễn thông sử dụng -48 V thay vì +48 V?
A:Cực âm với nối đất dương cung cấp sự bảo vệ catốt giúp ngăn chặn sự ăn mòn của dây dẫn đồng — một di sản từ các mạng điện thoại ban đầu, nơi 24 cell axit-lỏng nối tiếp tạo ra 48 V là điện áp pin tự nhiên.
Q:Bộ chỉnh lưu viễn thông hiện đại hiệu quả đến mức nào?
A:Các mô-đun chế độ chuyển mạch tần số cao thường đạt hiệu suất trên 96%, với các thiết kế SiC/GaN được báo cáo đạt trên 98% trong điều kiện phòng thí nghiệm.
Q:Dự phòng N+1 trong hệ thống chỉnh lưu là gì?
A:Lắp đặt thêm một mô-đun chỉnh lưu so với yêu cầu tải, do đó bất kỳ mô-đun đơn lẻ nào cũng có thể bị lỗi mà không làm gián đoạn dịch vụ; mô-đun bổ sung sẽ gánh tải cho đến khi mô-đun bị lỗi được thay thế.
Q:Bộ chỉnh lưu viễn thông có thể sạc pin và cấp nguồn cho tải cùng lúc không?
A:Có — đây là chế độ hoạt động bình thường. Hệ thống điều chỉnh bus ở điện áp sạc nổi, cấp nguồn cho tải và sạc pin đồng thời, sau đó chuyển bus cho pin ngay lập tức khi nguồn điện lưới bị ngắt.