CN117394701A - 一种应用于10kV高压电网供电的5G基站电源 - Google Patents

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郑淞元
杨肇宁
韩英健
张智翔
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Shenyang University of Technology
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Abstract

本发明提供一种应用于10kV高压电网供电的5G基站电源，涉及电力设备技术领域。应用于10kV高压电网供电的5G基站电源包括干式变压器、第一变电组件、第二变电组件、第一驱动组件和第二驱动组件，干式变压器将10kV高压电网中的电转换为220V交流电，干式变压器电性连接至第一变电组件，220V交流电经第一变电组件转换为380V直流电，第一变电组件电性连接至第二变电组件，380V直流电经第二变电组件转换为适用于5G基站的48V直流电，第一驱动组件对第一变电组件进行控制，第二驱动组件对第二变电组件进行控制，第一驱动组件和第二驱动组件之间通过隔离通信电路进行通信。从而，5G基站在城市以外郊区、边远地区及高海拔地区的10kV高压电网中取电时，避免取电难度大的问题。

Description

一种应用于10kV高压电网供电的5G基站电源
技术领域
本发明涉及电力设备技术领域，尤其涉及一种应用于10kV高压电网供电的5G基站电源。
背景技术
5G技术的发展有着加速智慧城市的建设、加速产业结构升级、打造创新环境等意义，在5G基站改造和新建的过程中，电源的选择包括基站电源和供电电源。5G核心网体现出DC化特点和分级架构特点，而5G无线网络将BBU分解为CU和DU两个部分，使得5G时代的无线网络较4G更加复杂。具体体现在：首先，5G无线设备由于通道数大大增加，基站设备功耗相对于4G网络有较大幅度的增加。其次，5G基站的功耗大幅增加，且同等网络覆盖，基站密度也会增加，整个网络能耗非常大，因此对设备的效率提升和节能提出更高的要求。此外，5G网络与原来的网络共存，基站数量进一步增加，且设备种类也大大增加，对运营管理带来挑战。最后，5G网络除了无线宽带业务外，还会有超高可靠、超低时延的URLLC业务，因此对5G基站供电的可靠性提出了更高的要求。
现有技术中，5G基站在城市以外的郊区、边远地区及海拔1500米至3500米的高海拔地区取电时，是在10kV高压电网中取电，并且采用油浸式变压器和开关电源相结合的方案，相比传统5G基站供电设施在取电时，油浸式变压器存在体积大、运输困难并且油浸式变压器不利于单杆立塔，需要三个杆子才能立住。所以，针对5G基站在10kV高压电网中取电时，存在取电难度大的问题。
为此，针对上述的技术问题还需进一步解决。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种应用于10kV高压电网供电的5G基站电源，以实现5G基站在城市以外郊区、边远地区及高海拔地区的10kV高压电网中取电时，避免取电难度大的问题。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供如下技术方案：
本发明第一方面提供一种应用于10kV高压电网供电的5G基站电源，包括：
干式变压器，与10kV高压电网电性连接；
第一变电组件，与所述干式变压器电性连接；
第二变电组件，与所述第一变电组件电性连接；
第一驱动组件，与所述第一变电组件电性连接，并且与隔离通信电路电性连接；
第二驱动组件，与所述第二变电组件电性连接，并且与所述隔离通信电路电性连接。
进一步地，所述第一变电组件包括：
EMI电路，与所述干式变压器电性连接，并且将220V交流电转换为311V的脉动直流电；
Boost电路，与所述EMI电路电性连接，并且将311V脉动直流电转换为380V直流电。
进一步地，所述第二变电组件包括：
单相电路，与所述Boost电路电性连接；
谐振腔，与所述单相电路电性连接；
隔离变压器，与所述谐振腔电性连接；
副变电组件，与所述隔离变压器电性连接。
进一步地，所述EMI电路包括：
第一Y电容，与所述干式变压器电性连接；
地线，与所述第一Y电容电性连接；
X电容，与所述地线电性连接；
共模电感，与所述X电容电性连接；
第二Y电容，与所述共模电感电性连接，同时与不控整流电路电性连接。
进一步地，所述Boost电路包括：
第一电感，与所述不控整流电路电性连接；
第一绝缘栅双极晶体管，与所述第一电感电性连接；
第一二极管，与所述第一绝缘栅双极晶体管电性连接；
第一滤波电容，与所述第一二极管电性连接。
进一步地，所述单相电路包括：
第二绝缘栅双极晶体管；
第三绝缘栅双极晶体管，与所述第二绝缘栅双极晶体管通过第一导线进行串联；
第四绝缘栅双极晶体管，与所述第二绝缘栅双极晶体管并联；
第五绝缘栅双极晶体管，与所述第四绝缘栅双极晶体管通过第二导线进行串联。
进一步地，所述谐振腔包括：
谐振电感，同时与所述第一导线和所述第二导线电性连接；
谐振电容，与所述谐振电感电性连接；
励磁电感，与所述谐振电容电性连接，同时连接有隔离变压器。
进一步地，所述副变电组件包括：
半波整流电路，与所述隔离变压器电性连接；
第二滤波电容，与所述半波整流电路电性连接，并且将交流电转变为直流电；
防反二极管，与所述第二滤波电容电性连接；
采样电阻，与所述防反二极管电性连接，并且对电流进行采样；
负载，与所述采样电阻电性连接；
信号调理电路，与所述采样电阻电性连接；
检测调理电路，与所述采样电阻电性连接。
进一步地，所述第一驱动组件包括：
第一控制电路，与所述隔离通信电路电性连接；
第一驱动电路，与所述第一控制电路电性连接，同时还连接至所述第一绝缘栅双极晶体管。
进一步地，所述第二驱动组件包括：
第二控制电路，与所述隔离通信电路电性连接，同时还与所述信号调理电路和所述检测调理电路电性连接；
第二驱动电路，与所述第二控制电路电性连接，还同时连接至所述第二绝缘栅双极晶体管、第三绝缘栅双极晶体管、第四绝缘栅双极晶体管和第五绝缘栅双极晶体管。
相较于现有技术，本发明第一方面提供的应用于10kV高压电网供电的5G基站电源，干式变压器将10kV高压电网中的电转换为220V交流电，干式变压器电性连接至第一变电组件，220V交流电经第一变电组件转换为380V直流电，第一变电组件电性连接至第二变电组件，380V直流电经第二变电组件转换为适用于5G基站的48V直流电，第一驱动组件对第一变电组件进行控制，第二驱动组件对第二变电组件进行控制，第一驱动组件和第二驱动组件之间通过隔离通信电路进行通信。从而， 5G基站在城市以外的郊区、边远地区及高海拔地区的10kV高压电网中取电时，避免了取电难度大的问题。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
图1示意性地示出了应用于10kV高压电网供电的5G基站电源的示意图；
附图标号说明：
1、10kV高压电网；
2、干式变压器；
3、EMI电路；31、X电容；32、共模电感；33、第二Y电容；34、不控整流电路；35、第一Y电容；36、地线；
4、Boost电路；41、第一电感；42、第一绝缘栅双极晶体管；43、第一二极管；44、第一滤波电容；
5、单相电路；51、第二绝缘栅双极晶体管；52、第三绝缘栅双极晶体管；53、第四绝缘栅双极晶体管；54、第五绝缘栅双极晶体管；55、第一导线；56、第二导线；
6、谐振腔；61、谐振电感；62、谐振电容；63、励磁电感；
7、隔离变压器；
8、副变电组件；81、半波整流电路；82、第二滤波电容；83、防反二极管；84、负载；85、采样电阻；86、信号调理电路；87、检测调理电路；
9、第一驱动组件；91、第一控制电路；92、第一驱动电路；93、隔离通信电路；
10、第二驱动组件；101、第二控制电路；102、第二驱动电路。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
需要注意的是，除非另有说明，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“连接”、“相连”等术语应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电性连接，电性连接包括但不限于电线或导线线路连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本发明实施例提供了一种应用于10kV高压电网供电的5G基站电源，如图1所示，应用于10kV高压电网1供电的5G基站电源包括干式变压器2、第一变电组件、第二变电组件、第一驱动组件9和第二驱动组件10。干式变压器2，与10kV高压电网1电性连接。第一变电组件，与干式变压器2电性连接。第二变电组件，与第一变电组件电性连接。第一驱动组件9，与第一变电组件电性连接，并且与隔离通信电路93电性连接。第二驱动组件10，与第二变电组件电性连接，并且与隔离通信电路93电性连接。
在本实施例中，干式变压器2将10kV高压电网1中的电转换为220V交流电，干式变压器2电性连接至第一变电组件，220V交流电经第一变电组件转换为380V直流电，第一变电组件电性连接至第二变电组件，380V直流电经第二变电组件转换为适用于5G基站的48V直流电，第一驱动组件9对第一变电组件进行控制，第二驱动组件10对第二变电组件进行控制，第一驱动组件9和第二驱动组件10之间通过隔离通信电路93进行通信。从而， 5G基站在城市以外的郊区、边远地区及高海拔地区的10kV高压电网1中取电时，避免了取电难度大的问题。
在具体实施例中，如图1所示，第一变电组件包括EMI电路3和Boost电路4。EMI电路3，与干式变压器2电性连接，并且将220V交流电转换为311V的脉动直流电。Boost电路4，与EMI电路3电性连接，并且将311V脉动直流电转换为380V直流电。
在本实施例中，干式变压器2还电性连接至EMI电路3，EMI电路3将220V交流电转换为311V的脉动直流电，EMI电路3电性连接至Boost电路4，Boost电路4将311V脉动直流电转换为第二变电组件所需的380V直流电。
干式变压器2相比于油浸式变压器，体积和重量均有大幅度降低，干式变压器2的尺寸为170*110*180mm，体积约为0.0035m3，重量约为8kg，因此，包含干式变压器2的应用于10kV高压电网1供电的5G基站电源重量小于10kg。
利用干式变压器减小了电力电子器件承受的应力。
在具体实施例中，如图1所示，第二变电组件包括单相电路5、谐振腔6、隔离变压器7和副变电组件8。单相电路5，与Boost电路4电性连接。谐振腔6，与单相电路5电性连接。隔离变压器7，与谐振腔6电性连接。副变电组件8，与隔离变压器7电性连接。
在本实施例中，谐振腔6电性连接至单相电路5，单相电路5将311V脉动直流电转换为正380V至负380V之间的交流电，谐振腔6将正380V至负380V之间的交流电转换为正380V交流电，单相电路5还电性连接至隔离变压器7，隔离变压器7将正380V交流电转换为98V交流电，隔离变压器7还电性连接至副变电组件8，副变电组件8将98V交流电转换为48V交流电。
在具体实施例中，如图1所示，EMI电路3包括第一Y电容35、地线36、X电容31、共模电感32和第二Y电容33。第一Y电容35，与干式变压器2电性连接。地线36，与第一Y电容35电性连接。X电容31，与地线36电性连接。共模电感32，与X电容31电性连接。第二Y电容33，与共模电感32电性连接，同时与不控整流电路34电性连接。
在本实施例中，第一Y电容35电性连接至地线36，地线36电性连接至X电容31，X电容31还电性连接至共模电感32，共模电感32还电性连接至第二Y电容33。从而，实现了220V交流电依次经过X电容31、共模电感32和第二Y电容33后，再经不控整流电路34将220V交流电转换为311V的脉动直流电。
第一Y电容35内设置有2个Y电容，2个Y电容在干式变压器和X电容31之间并联。
在具体实施例中，如图1所示，Boost电路4包括第一电感41、第一绝缘栅双极晶体管42、第一二极管43和第一滤波电容44。第一电感41，与不控整流电路34电性连接。第一绝缘栅双极晶体管42，与第一电感41电性连接。第一二极管43，与第一绝缘栅双极晶体管42电性连接。第一滤波电容44，与第一二极管43电性连接。
在本实施例中， 第一电感41还电性连接至第一绝缘栅双极晶体管42，第一绝缘栅双极晶体管42还电性连接至第一二极管43，第一二极管43还电性连接至第一滤波电容44。从而，使311V脉动直流电依次经过第一电感41、第一绝缘栅双极晶体管42、第一二极管43和第一滤波电容44后，转换为第二变电组件中单相电路5、谐振腔6、隔离变压器7和副变电组件8所需的380V直流电。
在具体实施例中，如图1所示，单相电路5包括第二绝缘栅双极晶体管51、第三绝缘栅双极晶体管52、第四绝缘栅双极晶体管53和第五绝缘栅双极晶体管54。第三绝缘栅双极晶体管52，与第二绝缘栅双极晶体管51通过第一导线55进行串联。第四绝缘栅双极晶体管53，与第二绝缘栅双极晶体管51并联。第五绝缘栅双极晶体管54，与第四绝缘栅双极晶体管53通过第二导线56进行串联。
在本实施例中，第二绝缘栅双极晶体管51、第三绝缘栅双极晶体管52、第四绝缘栅双极晶体管53和第五绝缘栅双极晶体管54构成单相四开关电路，并且将311V脉动直流电转换为正380V至负380V之间的交流电。
第二驱动组件10控制第二绝缘栅双极晶体管51、第三绝缘栅双极晶体管52、第四绝缘栅双极晶体管53和第五绝缘栅双极晶体管54，使其导通或关断时长发生变化。示例性地，第二驱动组件10控制第二绝缘栅双极晶体管51和第五绝缘栅双极晶体管54组成的对角开关管同时导通或关断；第二驱动组件10控制第四绝缘栅双极晶体管53和第三绝缘栅双极晶体管52组成的对角开关管同时导通或关断。
本发明运用了调频控制，第二绝缘栅双极晶体管51、第三绝缘栅双极晶体管52、第四绝缘栅双极晶体管53和第五绝缘栅双极晶体管54较易完成软开关，减小对第二绝缘栅双极晶体管51、第三绝缘栅双极晶体管52、第四绝缘栅双极晶体管53和第五绝缘栅双极晶体管54造成损伤的几率，还能减小损耗。
在具体实施例中，如图1所示，谐振腔6包括谐振电感61、谐振电容62和励磁电感63。谐振电感61，同时与第一导线55和第二导线56电性连接。谐振电容62，与谐振电感61电性连接。励磁电感63，与谐振电容62电性连接，同时连接有隔离变压器7。
在本实施例中，谐振电感61、谐振电容62和励磁电感63组成谐振腔6，谐振电容62不仅参与谐振，同时还用做隔直电容，避免直流分量流经变压器造成绕组过热而烧毁。
励磁电感63无需单独设计，该部分电感由隔离变压器7漏感提供。隔离变压器7进行高低压转换，将正380V交流电转换为98V交流电。
在具体实施例中，如图1所示，副变电组件8包括半波整流电路81、第二滤波电容82、防反二极管83、采样电阻85、负载、信号调理电路86和检测调理电路87。半波整流电路81，与隔离变压器7电性连接。第二滤波电容82，与半波整流电路81电性连接，并且将交流电转变为直流电。防反二极管83，与第二滤波电容82电性连接。采样电阻85，与防反二极管83电性连接，并且对电流进行采样。负载84，与采样电阻85电性连接。信号调理电路86，与采样电阻85电性连接。检测调理电路87，与采样电阻85电性连接。
在本实施例中，半波整流电路81电性连接至第二滤波电容82，第二滤波电容82电性连接至防反二极管83，防反二极管83电性连接至负载84，采样电阻85电性连接至防反二极管83，采样电阻85还同时电性连接至负载84、信号调理电路86以及检测调理电路87。
在本发明中，根据不同的应用需求，可以实现将多个应用于10kV高压电网供电的5G基站电源进行并联。
在多个应用于10kV高压电网供电的5G基站电源进行并联时，每个应用于10kV高压电网供电的5G基站电源输出电压或电流不同时，防反二极管83防止电流回流损坏电源电路。
在多个应用于10kV高压电网供电的5G基站电源进行并联时，可以使得应用于10kV高压电网供电的5G基站电源的输出功率更加灵活，可根据实际应用需求进行总功率的变化。
在具体实施例中，如图1所示，第一驱动组件9包括第一控制电路91和第一驱动电路92。第一控制电路91，与隔离通信电路93电性连接。第一驱动电路92，与第一控制电路91电性连接，同时还连接至第一绝缘栅双极晶体管42。
在本实施例中，第一控制电路91将PWM信号传递给第一驱动电路92，第一驱动电路92控制第一绝缘栅双极晶体管42。
在具体实施例中，如图1所示，第二驱动组件10包括第二控制电路101和第二驱动电路102。第二控制电路101，与隔离通信电路93电性连接，同时还与信号调理电路86和检测调理电路87电性连接。第二驱动电路102，与第二控制电路101电性连接，还同时连接至第二绝缘栅双极晶体管51、第三绝缘栅双极晶体管52、第四绝缘栅双极晶体管53和第五绝缘栅双极晶体管54。
在本实施例中，第二控制电路101将调频后的PWM信号传递给第二驱动电路102，第二驱动电路102控制第二绝缘栅双极晶体管51、第三绝缘栅双极晶体管52、第四绝缘栅双极晶体管53和第五绝缘栅双极晶体管54。
防反二极管83输出的电流传输至采样电阻85，采样电阻85对电流进行采样后通过信号调理电路86和检测调理电路87对电路进行检测和调理，再传输至第二控制电路101，第二控制电路101中DSP控制芯片TSM320F28034对电流采用现有技术进行检测和计算，从而调节第二绝缘栅双极晶体管51、第三绝缘栅双极晶体管52、第四绝缘栅双极晶体管53和第五绝缘栅双极晶体管54的开关频率的大小。开关频率的变化影响谐振腔6的输出电压大小，进而影响输出电压大小，并且还实现控制应用于10kV高压电网供电的5G基站电源输出电压以及实现保护的作用，此外，还提升了智能化程度。
第二控制电路101与第一控制电路91之间通过隔离通信电路93进行通信。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种应用于10kV高压电网供电的5G基站电源，其特征在于，包括：
干式变压器，与10kV高压电网电性连接；
第一变电组件，与所述干式变压器电性连接；
第二变电组件，与所述第一变电组件电性连接；
第一驱动组件，与所述第一变电组件电性连接，并且与隔离通信电路电性连接；
第二驱动组件，与所述第二变电组件电性连接，并且与所述隔离通信电路电性连接。
2.根据权利要求1所述的应用于10kV高压电网供电的5G基站电源，其特征在于，所述第一变电组件包括：
EMI电路，与所述干式变压器电性连接，并且将220V交流电转换为311V的脉动直流电；
Boost电路，与所述EMI电路电性连接，并且将311V脉动直流电转换为380V直流电。
3.根据权利要求2所述的应用于10kV高压电网供电的5G基站电源，其特征在于，所述第二变电组件包括：
单相电路，与所述Boost电路电性连接；
谐振腔，与所述单相电路电性连接；
隔离变压器，与所述谐振腔电性连接；
副变电组件，与所述隔离变压器电性连接。
4.根据权利要求2所述的应用于10kV高压电网供电的5G基站电源，其特征在于，所述EMI电路包括：
第一Y电容，与所述干式变压器电性连接；
地线，与所述第一Y电容电性连接；
X电容，与所述地线电性连接；
共模电感，与所述X电容电性连接；
第二Y电容，与所述共模电感电性连接，同时与不控整流电路电性连接。
5.根据权利要求4所述的应用于10kV高压电网供电的5G基站电源，其特征在于，所述Boost电路包括：
第一电感，与所述不控整流电路电性连接；
第一绝缘栅双极晶体管，与所述第一电感电性连接；
第一二极管，与所述第一绝缘栅双极晶体管电性连接；
第一滤波电容，与所述第一二极管电性连接。
6.根据权利要求3所述的应用于10kV高压电网供电的5G基站电源，其特征在于，所述单相电路包括：
第二绝缘栅双极晶体管；
第三绝缘栅双极晶体管，与所述第二绝缘栅双极晶体管通过第一导线进行串联；
第四绝缘栅双极晶体管，与所述第二绝缘栅双极晶体管并联；
第五绝缘栅双极晶体管，与所述第四绝缘栅双极晶体管通过第二导线进行串联。
7.根据权利要求6所述的应用于10kV高压电网供电的5G基站电源，其特征在于，所述谐振腔包括：
谐振电感，同时与所述第一导线和所述第二导线电性连接；
谐振电容，与所述谐振电感电性连接；
励磁电感，与所述谐振电容电性连接，同时连接有隔离变压器。
8.根据权利要求7所述的应用于10kV高压电网供电的5G基站电源，其特征在于，所述副变电组件包括：
半波整流电路，与所述隔离变压器电性连接；
第二滤波电容，与所述半波整流电路电性连接，并且将交流电转变为直流电；
防反二极管，与所述第二滤波电容电性连接；
采样电阻，与所述防反二极管电性连接，并且对电流进行采样；
负载，与所述采样电阻电性连接；
信号调理电路，与所述采样电阻电性连接；
检测调理电路，与所述采样电阻电性连接。
9.根据权利要求5所述的应用于10kV高压电网供电的5G基站电源，其特征在于，所述第一驱动组件包括：
第一控制电路，与所述隔离通信电路电性连接；
第一驱动电路，与所述第一控制电路电性连接，同时还连接至所述第一绝缘栅双极晶体管。
10.根据权利要求8所述的应用于10kV高压电网供电的5G基站电源，其特征在于，所述第二驱动组件包括：
第二控制电路，与所述隔离通信电路电性连接，同时还与所述信号调理电路和所述检测调理电路电性连接；
第二驱动电路，与所述第二控制电路电性连接，还同时连接至所述第二绝缘栅双极晶体管、第三绝缘栅双极晶体管、第四绝缘栅双极晶体管和第五绝缘栅双极晶体管。
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