В этой статье показано, как поддерживать работоспособность телекоммуникационного оборудования во время кратковременных нарушений энергоснабжения. Но сначала необходимо разобраться в нескольких деталях, касающихся источников питания телекоммуникационного оборудования. Номинальное напряжение источника, питающего телекоммуникационное оборудование, составляет –48 В, хотя фактическое напряжение может варьироваться от –42.5 до –56 В, от –40 до –60 В и даже шире. Типичный DC/DC преобразователь работает с входными напряжениями в диапазоне от –36 до –75 В. Нарушение питания происходит, когда напряжение источника –48 В падает до 0 В и остается на этом уровне в течение 10 мс.
Очевидным подходом к решению этой проблемы является использование емкостного накопителя, подключенного к входу блока питания, но недостаток такого подхода становится очевидным, если посмотреть на реальную сущность источника питания –48 В. Например, энергия, запасенная в конденсаторе емкостью C, заряженном до напряжения V, равна
Работа преобразователя прекратится, когда конденсатор разрядится до 36 В. Таким образом, энергия, доступная для поддержания работы преобразователя, составляет:
где V1 и V2 – начальное и конечное (–36 В) напряжения, соответственно, а U – энергия. Кроме того
где P – мощность, а t – время. Используя эти формулы, можно найти время, в течение которого оборудование будет оставаться в рабочем состоянии:
или, можно определить емкость конденсатора:
Предположим, что отключение питания происходит, когда напряжение на входе блока составляет –39 В, что соответствует случаю, когда в пределах допустимого отклонения напряжение –48 В просело до –40 В, а перед блоком питания в конфигурации с горячей заменой теряется не менее 1 В из-за включенных по «ИЛИ» защитных диодов. Также представим, что накопительный конденсатор заряжается до –39 В. Оборудование работает до тех пор, пока конденсатор не разрядится до –36 В. Допустим, что оборудование потребляет 100 Вт. Чтобы накопленной энергии хватило на 5 мс, конденсатор должен иметь емкость примерно 4500 мкФ. Конденсатор должен быть рассчитан на максимально возможное входное напряжение, которое может превышать 75 В, так что его рабочее напряжение не может быть меньше 100 В. 100-вольтовый конденсатор емкостью 4500 мкФ имеет немалые размеры. Если требуется, чтобы конструкция работала вдвое дольше при потребляемой мощности 300 Вт, конденсатор должен иметь емкость 27000 мкФ и рабочее напряжение 100 В.
 | |
| Рисунок 1. | Энергия, запасенная в конденсаторе С1, заряженном до удвоенного входного напряжения, сбрасывается на вход блока питания во время сбоев, когда входное напряжение падает ниже –37 В. |
В предлагаемой здесь схеме по-прежнему требуется конденсатор, но емкость его намного меньше – 200 мкФ вместо 4500 мкФ, однако схема по-прежнему может поддерживать нагрузку 100 Вт в течение 5 мс. Такой подход повышает надежность и снижает стоимость и размеры системы. Скрытой особенностью является способность блока питания сохранять работоспособность в диапазоне входных напряжений от –36 до –75 В и даже при бросках напряжения, превышающих –80 В. Как реализовать этот подход, видно из Рисунка 1. На рисунке показано положительное входное напряжение. Блок питания изолирован, поэтому полярность не имеет значения, но пример с положительным напряжением легче проиллюстрировать.
Помните, что при линейном увеличении напряжения на конденсаторе накопленная в нем энергия растет квадратично. Удвоитель заряжает конденсатор C1 до удвоенного входного напряжения, или не менее чем до 80 В. Даже в гипотетическом случае, если питание будет отключаться на 5 мс каждые 10 с, ток заряда конденсатора 200 мкФ все равно составит лишь порядка 3 мА. Компаратор следит за входным напряжением, и, как только оно падает ниже 37 В, переключатель S1 замыкается, и энергия конденсатора С1 поступает в блок питания.