淺議空管設備的電源問題

余焰

摘 要：結合實際，針對空管設備的電源問題進行了論述。

關鍵詞：空管設備；電源；應用；發展方向

引言

民航空管部門運行著許多電子設備，它們需要使用直流電供電，需要的電壓電流也有多種規格，為了電源的安全、穩定和低成本，基本電力來源是從“電力網”（人們稱為“市電”）提供的。除了大功率設備（如雷達），一般中小型設備，都直接使用單相220伏市電，且設備本身都帶有“電源部分”，也就是將220伏交流電，轉換成所需要的各種電壓的直流電，隨著電子設備的發展進步，電源技術也隨之變化。

1 早期空管設備電源

早期的低壓電源，主要依靠“工頻變壓器”（也就是工作在50赫茲的市電頻率硅鋼片為鐵芯的變壓器）將市電電壓變為低壓然后整流，但是工頻變壓器的體積重量都很大，能量效率低，而且直流電中的交流成分大，對于“濾波電路”的要求很高，如果需要穩定度高的供電，所用的“降壓式穩壓器”能效也很低……

后來發展起來的“開關電源”技術，就極大地改善了電源供給的性能。所謂開關電源，首先把220伏市電，用硅整流二極管轉換成直流電，對一個容量適當的“濾波電容器”充電，由于220伏交流電的“峰值”約等于300伏，因此濾波電容器上的電壓，就能夠接近300伏，然后再由一組“開關器件”把這個近三百伏的直流電，變化成頻率相對高（一般取數十至上百千赫）的交流電，這個“高頻高壓交流電”加在一個變壓器的初級上，再根據需要在變壓器的次級得到需要的“較低電壓”（比如“有效值”12伏左右），然后再通過整流二極管變換成直流電。

“開關電源”之所以效率較高，就是因為電路中的元器件損耗小，比如硅二極管整流器，它的“正向壓降”一般都在1V以下，而電子管整流器的壓降，往往達到幾十伏；再如變壓器，工作在50赫茲（市電的頻率）的“工頻”變壓器，就以50瓦等級的變壓器為例，“每伏圈數”大約需要5匝，220伏的初級繞組就要一千多圈，而功率更小的變壓器，往往需要數千圈，因此它的電阻值很大，加上還需要使用“硅鋼片鐵芯”，體積和重量都大，效率因而很低；而在開關電源中，由于頻率相對高了很多，初次級的繞組圈數都很少（比如臺式電腦的開關電源中，變壓器的初級繞組約僅僅20圈，次級圈數都在一位數），因而繞組使用的導線直徑也可以用得很粗，電阻值就大大降低，磁芯都使用“鉄淦氧”（它的導磁率足夠高，渦流損耗小）整體損耗很小，因而效率很高。現代電子電路中往往需要不同的電壓供給，因此常常有些DC-DC轉換電路（它的工作過程也是先將直流電源轉化成高頻交流電，變壓器變壓后再整流輸出直流電，而且包含穩壓功能）。

“開關式電壓轉換器”給供電帶來了極大的方便，比如現在用得很多的“筆記本電腦”只需要一套鋰電池，就能夠為整機提供各種電壓的電源，而一個“電壓變換器”可以制作得很小（有些可以接近芝麻大小），最終供電能源都來自市電，但是它自己的鋰電池，也能單獨供電接近十小時，當然也就不怕突然停電之類的問題了。

通信設備中也有不少“便攜式”的，它們也需要由電池供電，有些設備已經沿用了許多年，生產廠家也一直沿用它的制造方式，因此有些設備（例如“‘貝克甚高頻機”）還在使用“鉛酸電瓶”，它的體積重量價格都不占優勢，卻仍然“賴在”通信導航系統內。同樣的原因，有些設備還在使用“鎘鎳電池”或“鎳氫電池”，他們雖說要皮實一些，性能卻都不如鋰電池。

2 鋰電池的應用

當前使用最多的自然是鋰電池，由于金屬鋰的比重小且化學性活潑，因此鋰電池重量輕、電壓高，同等體積或重量的電池，相對電量要大不少，不過它也很嬌氣，需要小心的呵護，否則會帶來麻煩，手機爆炸的事件發生過許多，美國新式客機“波音787”使用的鋰電池，也發生過幾次起火的危險。

鋰電池的嬌氣和麻煩，是因為它在被“過充電”后，內部就會發生變化，會短路發熱燃燒甚至爆炸；充電電流也需要限制以防過熱；放電電流也需要限制，因此要在電池內部、外部采取多種措施，來防備危險。

我們這里所說的“鋰電池”，當然是“可多次充放電”的鋰電池，它不像“一次性”的原電池，用完之后就報廢了。一次性原電池，主要是指電壓1.5伏的“干電池”（也包括一些“一次性鋰電池”），它們由金屬鋅和電解液產生電化學反應，輸出電能供電氣設備使用。通過簡單的計算可知，干電池提供的電能的價格，大約要比“市電”提供的電能昂貴數千倍，所以在耗電較大的場合，人們都不會選擇干電池來供電。這也就是人們總在尋找能夠存儲較大電能的“蓄電池”，以便在離開市電的情況下，能夠獲得能量足夠大，而且價格相對低的電源。

鋰電池大量進入人們生活的時間還不算長，還在不斷發展提高，理論研究和制造工藝也有各種新的進展，大致方向是朝著大容量、安全、快速充電、低成本努力。大容量鋰電池最大的用戶也是汽車，主要是作為新能源“電動汽車”的“主能源”。而小容量的鋰電池，現在已經在無數的小電器中扎下了根，手機、相機、攝像機、筆記本電腦、平板電腦、小功率通信設備，都離不開鋰電池。

為了保證鋰電池正常運轉，正規的電池本身和使用鋰電池的設備，都會加進一些保障安全的措施，例如限制最高充電電壓和電流的電路，檢測電池溫度的器件，限制最大放電電流的電路等等，每一種措施常常會有不止一套，目的就是提高它的安全性，因為像手機這類“人人都使用”的小東西，一旦發生爆炸起火，就不是小事情。

3 未來空管設備電池的發展方向

未來的空管便攜式設備勢必向著輕便、小巧、實用方面發展，能夠具有滿足這種條件的電池對空管便攜式設備來說非常重要。現在再介紹一種“磷酸鐵鋰電池”，它的主電極材料為LiFePO4，這種電池具有“低內阻”，因此可以提供極大的放電電流，適合作為“動力電源”，它還不怕“過放電”，即使放電到零電壓，也不至于損壞電池，還有極低的“自放電率”，因此不怕長期放置而損失電能。

它還有一個很有用的特點，它的標稱電壓值為3.2伏，正好可以替代兩個普通干電池，有許多原設計使用兩個1.5伏干電池的小電器，直接用一個磷酸鐵鋰電池，外加一個“占位筒”（也就是一個尺寸等于干電池的短路線。現在很容易在電商那里買到5號和7號磷酸鐵鋰電池和“占位筒”），放進原先的電池盒，就能夠完美的工作了。