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摘 要：通信基站电源模块具有集成度高、可靠性高、结构设计简单等优势，被广泛应用在各大行业中，但在具体使用中频繁发生故障，严重影响了通信基站电源模块运行的稳定性和安全性。基于此，该文结合理论实践，在分析通信基站电源模块特点的基础上，分析了常见的故障和诊断方法，希望对通信基站电源模块可靠运行有一定的参考和借鉴。
关键词：电源模块 模块无输出 诊断 使用寿命
中图分类号： TN86 文献标识码：A文章编号：1672-3791（2020）10（c）-0042-03
Abstract： The power module of communication base station has the advantages of high integration， high reliability and simple structure design， which is widely used in various industries. However， frequent failures occur in the specific use， which seriously affect the stability and security of the power module of communication base station. Based on this， combined with theoretical practice， this paper analyzes the common faults and diagnosis methods on the basis of analyzing the characteristics of power module of communication base station， hoping to provide some reference for reliable operation of power module of communication base station
Key Words： Power module; Module without output; Diagnosis; Service life
常见的通信基站电源模块是一种交流转直流的电源模块，应用得当可有效取代传送适配器，可看作小型化开关电源，无须外挂电源适配器就可以正常使用。通信基站电源模块运行结构比较复杂，而且会受到很多因素的共同影响，故障隐患比较多，严重影响了通信基站电源模块运行的稳定性，开展常见故障和诊断方法的研究，有助于提升模板應用的稳定性和安全性，值得高度重视。
1 电源模块的组成及工作原理
1.1 防雷单元
防雷单元通信基站电源模块的主要结构，主要作用是避免雷电流破坏通信基站电源模块结构，保证其运行的安全性及稳定性。防雷单元由压敏电阻、防雷器、避雷带共同组成。
1.2 EMI电路
EMI电路的主要作用是去除通信基站电源模块中因为电网波动造成的高频脉冲，其由两部分共同组成，一是电感元件，二是电容元件。在电源模块应用合理应用EMI电路，可大幅度降低外界电磁造成的影响，实现稳定运行。
1.3 整流电路
整流电路的在通信基站电源模块系统中起到的主要作用将正负交变的50 Hz电压，转变成单方向的脉冲，为电源模块稳定运行提供电压支持，主要利用了二极管的单向导电性能。
1.4 滤波电路
滤波电路的主要作用是通信基站电源模块系统运行提供平滑的直流电压。
1.5 输入过欠压保护电路
此电路由电阻元器件、运放IC元器件等共同组成，使用的电压是经过自整流和滤波之后的电压，经过电阻元器件分压之后，再输入到运放IC中。
1.6 PFC电路
PFC电路在通信基站电源模块系统中的主要作用是对功率因素进行校正，补充电路中造成的损失，PFC电路运行质量越高，表明系统电能利用率就越高。由升感电压、快恢复二极管、IC元器件等共同组成。PFC电路有多种拓扑结构，在我们常维修的电源模块中一般使用升压型有源功率校正电路。
1.7 功率变换电路
这是一种由高频变压器、快恢复二极管等元器件共同组成的电路，主要作用是根据输出功率的大小，开关频率的工作范围，以及开关管承受的电压、电流应力的不同，功率变换电路在具体应用中可按照通信基站电源模块系统的具体要求，合理选择拓扑结果，常用的是全桥式功率变化电路。
1.8 PWM控制电路
在通信基站电源模块中的主要作用为功率开关稳定运行提供必要的PWM驱动信号，组成系统相对比较复杂，由三极管、电阻、PWM信号驱动元件等共同组成，可有效控制电路中的输出电压。
1.9 输出整流滤波电路
由肖特基二极管、电容和电感等元器件组成，主要功能是将高频变压器输出的正负到称方波脉冲电压交替整流成单向输出的方波电压，使输出的直流电压更加稳定。
1.10 采样电路
主要作用是采集输出端电压及电流信息，并将采集到的相关数据和信息及时反馈到控制电路，以调整输出信号的占空比，保证通信基站电源模块系统电压能够稳定运行。其由电阻、光耦、运放IC元器件等共同组成。
1.11 保护电路
保护电路的主要作用是一段通信基站电源模块发生故障，可立即切断故障线路，避免发生更大的损失，主要有三极管、光耦、采样电阻等共同组成。常用的保护电路有短路保护电路、限流保护电路、输出过压保护电路等。 2 电源模块的特点
电源模块的工作原理是，先将交流电经过变压器降低电压赋值，经过整流电流整流之后，就能得到脉动式的直流电，再经过滤波电路处理，就可以得到带有微小波纹电压的直流电压。如果在具体使用时需要用到高精度的电压，还需要经过稳压电路进行稳压处理。和其他传统开关电源相比，AC-DC电源模块具有如下特点。
第一，体积比较小。电源模块体积为传统开关电源体积的50%左右，可为用户提供更加轻薄短小的使用体验。
第二，多为灌胶产品。具有防潮、防尘、防震特性，是移动产品、户外产品最佳的选择方式。
第三，工作温度宽广。电源模块-40 ℃～70 ℃之间，都能稳定运行。尤其适用于户外工业控制器使用。
3 电源模块常见故障和诊断方法
3.1 通电之后，电源模块无输出
当电源模块接通电压之后，并没有任何输出，或者导致电源模块直接损耗，是应用电源模块时比较常用的故障。引发此故障的主要原因是在使用电源模块时，选择的电源外围器件不合适，或者相关元件发生损伤，没有及时发现，也有可能电源模块使用的电磁环境比较恶劣或者操作失误引起的。诊断此类故障的主要方法如下。
第一，输出引脚焊接错误或者PCB残留锡渣，导致电源模块的输出线路发生短路，致使电源模块在短路保护状态下运行。此时，需要按照丝印图正确焊接引脚，并全面清洗PCB，排除短路状态之后，重新通电后即可正常使用。
第二，输入外接的保险丝FUSE发生损坏，也有可能引发此类故障。此时，需要先排查电源模块输入前置电路是否存在短路情况，然后检查保险丝的规格是否符合要求，因为，如果保险丝的规格太小会引起电源模块无输出。按照具体的使用说明书推介的规格合理选择保险丝。
第三，用户使用电源模块的电压环境本身不够稳定，输出电压超过其正常使用规定，导致AC-DC电源模块在启动瞬间就发生损坏。需要按照电源模块的规格数据要求合理控制供电范围。
第四，当电源模块启动之后，可能存在较大的浪涌电流，直接启动发生瞬间损坏，此时需要按照规格书上规定的防护电路，在电源模块前端安装浪涌抑制电路。
3.2 基站电源模块使用不当
在使用电源模块时，没有准确估算所需的负载，导致电源模块处于超载启动或者超载工作状态下。比如：该公司承接的电源模块上站维护工作中发现某中恒基站实际运行时的最大负载为会达到80 A，而相应的匹配的型号为APR48的电源模块数量仅为2块（APR48每块最大负载为33.5 A），此时若增加1个相应模块，则可以达到分解负载系数，保证每个电源模块都运行在合理的负载区间，增加电源模块的使用寿命。可以设想，如果没有采取相应措施，长期处于超载运行的模块必将降低模块使用寿命或危及基站安全运行。
3.3 长期运行导致元器件老化损坏
电源模块是一种进行电能转换的设备，在具体转换过程中，必然会损失一部分电能，并转化为热能释放出来。电源模块中有很多电子元件，电子元件工作的稳定性、老化速度等和所处环境的温度密切相关，使用不当，也会导致电源模块无法正常工作，或者正工作一段时间后就发生损坏。
结合该公司承接的电源模块维修工作经验总结出：长期运行的电源模块大体故障问题为模块进水，造成短路烧毁故障;通风口附近电路板腐蚀、老化，导致元器件接触不良;板材腐蚀、老化导致断线;过电压或过电流导致电源板元器件烧毁、击穿以及其他外部问题导致的故障等。诊断时应多注意通风口附近元器件的完好及线路的导通、常见的故障元件测量等;上电前应做好测量，如有明显故障现象应立即断电，防止造成二次损伤。
3.4 在恶劣环境下无法正常运行
在电源模块运行中，随着温度的升高，输出电压会发生间歇性震荡，当温度升高到一定程度之后，就会发生过温度保护现象，从而导致输出波纹增大或者导致电源模块发生鼓包现象，造成不可修复性损伤。为解决此类故障，如果电源模块工作的外部环境温度升高，需要严格按照产品手册中的降额曲线合理操作，或者选择功率比较大的电源模块。比如：某中兴基站发现ZXD1500（最大输出功率1 500 W）电源模块在运行中发热很严重，经过分析电源模块的运行环境，发现存在严重的超载运行，负载所需的功率比模块的最大输出功率大，使到模块内部产生很大热量。将电源模块更换为ZXD2400（最大输出功率2 400 W）后该问题得到解决。
4 提升电源模块使用寿命措施
（1）从现场维护过程中发现有部分站点为市电电压不稳导致基站电源模块工作不正常，应该加强站点输入电压的稳定性，保障电源模块在相应的工作电压下工作。
（2）从现场维护过程中发现，后备用电池存在诸多问题，存在使用年限过久、电池失效等问题，导致充放电时损坏电源模块的故障发生，望加强对后备电池质量的巡视工作。
（3）从现场维护过程中发现，部分故障原因可通过监控设置即恢复，现场维护人员的技能水平参差不齐，无法正确使用相关设备，建议提升服务支撑的技术水平和能力，必要时增强相关培训，增强使用维护人员的技能水平。
（4）现场维护过程中发现，部分站点存在运行环境不良的情况，加强对基站工作环境和密封性的巡检及维护清理工作，以保证电源模块的稳定运行。
5 结语
综上所述，该文结合理论实践，研究了电源模块常见故障和诊断方法，研究结果表明，电源模块和传统电源模块相比，具有高集成度、高可靠性、结构设计比较简单等优势，但对使用方法有严格要求。必须按照产品说明，合理使用才能提升使用的稳定性、安全性，否则会降低可靠性。针对电源模块使用中存在的故障，需要結合故障发生的根源，选择有针对性的诊断方法，才能快速、准确地找到故障根源，进行集中处理，及时恢复使用性能，值得使用单位高度重视。
参考文献
[1] Michael，Daimer.使用电源模块简化低EMI设计[J].电源世界，2018（12）：23-26.
[2] 杨海亮.换流站220kV GIS设备故障应对策略[J].通信电源技术，2019（6）：259-260.
[3] 尹士玉，陈鹏宇，马丽双，等.SiPM低压电源模块性能研究[J].核技术，2019（9）：42-46.
[4] 张鑫，师进，韦文，等.通信平台中的高可靠电源模块设计[J].铁路通信信号工程技术，2019（6）：56-60.
[5] 时振华.探析通信基站建设项目风险管理[J].科技创新导报，2020（8）：127，129.
[6] 任曦，冯海芸.通信电源的管理与应用[J].科技创新导报，2015（4）：176.
关键词：电源模块 模块无输出 诊断 使用寿命
中图分类号： TN86 文献标识码：A文章编号：1672-3791（2020）10（c）-0042-03
Abstract： The power module of communication base station has the advantages of high integration， high reliability and simple structure design， which is widely used in various industries. However， frequent failures occur in the specific use， which seriously affect the stability and security of the power module of communication base station. Based on this， combined with theoretical practice， this paper analyzes the common faults and diagnosis methods on the basis of analyzing the characteristics of power module of communication base station， hoping to provide some reference for reliable operation of power module of communication base station
Key Words： Power module; Module without output; Diagnosis; Service life
常见的通信基站电源模块是一种交流转直流的电源模块，应用得当可有效取代传送适配器，可看作小型化开关电源，无须外挂电源适配器就可以正常使用。通信基站电源模块运行结构比较复杂，而且会受到很多因素的共同影响，故障隐患比较多，严重影响了通信基站电源模块运行的稳定性，开展常见故障和诊断方法的研究，有助于提升模板應用的稳定性和安全性，值得高度重视。
1 电源模块的组成及工作原理
1.1 防雷单元
防雷单元通信基站电源模块的主要结构，主要作用是避免雷电流破坏通信基站电源模块结构，保证其运行的安全性及稳定性。防雷单元由压敏电阻、防雷器、避雷带共同组成。
1.2 EMI电路
EMI电路的主要作用是去除通信基站电源模块中因为电网波动造成的高频脉冲，其由两部分共同组成，一是电感元件，二是电容元件。在电源模块应用合理应用EMI电路，可大幅度降低外界电磁造成的影响，实现稳定运行。
1.3 整流电路
整流电路的在通信基站电源模块系统中起到的主要作用将正负交变的50 Hz电压，转变成单方向的脉冲，为电源模块稳定运行提供电压支持，主要利用了二极管的单向导电性能。
1.4 滤波电路
滤波电路的主要作用是通信基站电源模块系统运行提供平滑的直流电压。
1.5 输入过欠压保护电路
此电路由电阻元器件、运放IC元器件等共同组成，使用的电压是经过自整流和滤波之后的电压，经过电阻元器件分压之后，再输入到运放IC中。
1.6 PFC电路
PFC电路在通信基站电源模块系统中的主要作用是对功率因素进行校正，补充电路中造成的损失，PFC电路运行质量越高，表明系统电能利用率就越高。由升感电压、快恢复二极管、IC元器件等共同组成。PFC电路有多种拓扑结构，在我们常维修的电源模块中一般使用升压型有源功率校正电路。
1.7 功率变换电路
这是一种由高频变压器、快恢复二极管等元器件共同组成的电路，主要作用是根据输出功率的大小，开关频率的工作范围，以及开关管承受的电压、电流应力的不同，功率变换电路在具体应用中可按照通信基站电源模块系统的具体要求，合理选择拓扑结果，常用的是全桥式功率变化电路。
1.8 PWM控制电路
在通信基站电源模块中的主要作用为功率开关稳定运行提供必要的PWM驱动信号，组成系统相对比较复杂，由三极管、电阻、PWM信号驱动元件等共同组成，可有效控制电路中的输出电压。
1.9 输出整流滤波电路
由肖特基二极管、电容和电感等元器件组成，主要功能是将高频变压器输出的正负到称方波脉冲电压交替整流成单向输出的方波电压，使输出的直流电压更加稳定。
1.10 采样电路
主要作用是采集输出端电压及电流信息，并将采集到的相关数据和信息及时反馈到控制电路，以调整输出信号的占空比，保证通信基站电源模块系统电压能够稳定运行。其由电阻、光耦、运放IC元器件等共同组成。
1.11 保护电路
保护电路的主要作用是一段通信基站电源模块发生故障，可立即切断故障线路，避免发生更大的损失，主要有三极管、光耦、采样电阻等共同组成。常用的保护电路有短路保护电路、限流保护电路、输出过压保护电路等。 2 电源模块的特点
电源模块的工作原理是，先将交流电经过变压器降低电压赋值，经过整流电流整流之后，就能得到脉动式的直流电，再经过滤波电路处理，就可以得到带有微小波纹电压的直流电压。如果在具体使用时需要用到高精度的电压，还需要经过稳压电路进行稳压处理。和其他传统开关电源相比，AC-DC电源模块具有如下特点。
第一，体积比较小。电源模块体积为传统开关电源体积的50%左右，可为用户提供更加轻薄短小的使用体验。
第二，多为灌胶产品。具有防潮、防尘、防震特性，是移动产品、户外产品最佳的选择方式。
第三，工作温度宽广。电源模块-40 ℃～70 ℃之间，都能稳定运行。尤其适用于户外工业控制器使用。
3 电源模块常见故障和诊断方法
3.1 通电之后，电源模块无输出
当电源模块接通电压之后，并没有任何输出，或者导致电源模块直接损耗，是应用电源模块时比较常用的故障。引发此故障的主要原因是在使用电源模块时，选择的电源外围器件不合适，或者相关元件发生损伤，没有及时发现，也有可能电源模块使用的电磁环境比较恶劣或者操作失误引起的。诊断此类故障的主要方法如下。
第一，输出引脚焊接错误或者PCB残留锡渣，导致电源模块的输出线路发生短路，致使电源模块在短路保护状态下运行。此时，需要按照丝印图正确焊接引脚，并全面清洗PCB，排除短路状态之后，重新通电后即可正常使用。
第二，输入外接的保险丝FUSE发生损坏，也有可能引发此类故障。此时，需要先排查电源模块输入前置电路是否存在短路情况，然后检查保险丝的规格是否符合要求，因为，如果保险丝的规格太小会引起电源模块无输出。按照具体的使用说明书推介的规格合理选择保险丝。
第三，用户使用电源模块的电压环境本身不够稳定，输出电压超过其正常使用规定，导致AC-DC电源模块在启动瞬间就发生损坏。需要按照电源模块的规格数据要求合理控制供电范围。
第四，当电源模块启动之后，可能存在较大的浪涌电流，直接启动发生瞬间损坏，此时需要按照规格书上规定的防护电路，在电源模块前端安装浪涌抑制电路。
3.2 基站电源模块使用不当
在使用电源模块时，没有准确估算所需的负载，导致电源模块处于超载启动或者超载工作状态下。比如：该公司承接的电源模块上站维护工作中发现某中恒基站实际运行时的最大负载为会达到80 A，而相应的匹配的型号为APR48的电源模块数量仅为2块（APR48每块最大负载为33.5 A），此时若增加1个相应模块，则可以达到分解负载系数，保证每个电源模块都运行在合理的负载区间，增加电源模块的使用寿命。可以设想，如果没有采取相应措施，长期处于超载运行的模块必将降低模块使用寿命或危及基站安全运行。
3.3 长期运行导致元器件老化损坏
电源模块是一种进行电能转换的设备，在具体转换过程中，必然会损失一部分电能，并转化为热能释放出来。电源模块中有很多电子元件，电子元件工作的稳定性、老化速度等和所处环境的温度密切相关，使用不当，也会导致电源模块无法正常工作，或者正工作一段时间后就发生损坏。
结合该公司承接的电源模块维修工作经验总结出：长期运行的电源模块大体故障问题为模块进水，造成短路烧毁故障;通风口附近电路板腐蚀、老化，导致元器件接触不良;板材腐蚀、老化导致断线;过电压或过电流导致电源板元器件烧毁、击穿以及其他外部问题导致的故障等。诊断时应多注意通风口附近元器件的完好及线路的导通、常见的故障元件测量等;上电前应做好测量，如有明显故障现象应立即断电，防止造成二次损伤。
3.4 在恶劣环境下无法正常运行
在电源模块运行中，随着温度的升高，输出电压会发生间歇性震荡，当温度升高到一定程度之后，就会发生过温度保护现象，从而导致输出波纹增大或者导致电源模块发生鼓包现象，造成不可修复性损伤。为解决此类故障，如果电源模块工作的外部环境温度升高，需要严格按照产品手册中的降额曲线合理操作，或者选择功率比较大的电源模块。比如：某中兴基站发现ZXD1500（最大输出功率1 500 W）电源模块在运行中发热很严重，经过分析电源模块的运行环境，发现存在严重的超载运行，负载所需的功率比模块的最大输出功率大，使到模块内部产生很大热量。将电源模块更换为ZXD2400（最大输出功率2 400 W）后该问题得到解决。
4 提升电源模块使用寿命措施
（1）从现场维护过程中发现有部分站点为市电电压不稳导致基站电源模块工作不正常，应该加强站点输入电压的稳定性，保障电源模块在相应的工作电压下工作。
（2）从现场维护过程中发现，后备用电池存在诸多问题，存在使用年限过久、电池失效等问题，导致充放电时损坏电源模块的故障发生，望加强对后备电池质量的巡视工作。
（3）从现场维护过程中发现，部分故障原因可通过监控设置即恢复，现场维护人员的技能水平参差不齐，无法正确使用相关设备，建议提升服务支撑的技术水平和能力，必要时增强相关培训，增强使用维护人员的技能水平。
（4）现场维护过程中发现，部分站点存在运行环境不良的情况，加强对基站工作环境和密封性的巡检及维护清理工作，以保证电源模块的稳定运行。
5 结语
综上所述，该文结合理论实践，研究了电源模块常见故障和诊断方法，研究结果表明，电源模块和传统电源模块相比，具有高集成度、高可靠性、结构设计比较简单等优势，但对使用方法有严格要求。必须按照产品说明，合理使用才能提升使用的稳定性、安全性，否则会降低可靠性。针对电源模块使用中存在的故障，需要結合故障发生的根源，选择有针对性的诊断方法，才能快速、准确地找到故障根源，进行集中处理，及时恢复使用性能，值得使用单位高度重视。
参考文献
[1] Michael，Daimer.使用电源模块简化低EMI设计[J].电源世界，2018（12）：23-26.
[2] 杨海亮.换流站220kV GIS设备故障应对策略[J].通信电源技术，2019（6）：259-260.
[3] 尹士玉，陈鹏宇，马丽双，等.SiPM低压电源模块性能研究[J].核技术，2019（9）：42-46.
[4] 张鑫，师进，韦文，等.通信平台中的高可靠电源模块设计[J].铁路通信信号工程技术，2019（6）：56-60.
[5] 时振华.探析通信基站建设项目风险管理[J].科技创新导报，2020（8）：127，129.
[6] 任曦，冯海芸.通信电源的管理与应用[J].科技创新导报，2015（4）：176.