浅议空管设备的电源问题

余焰

摘 要：结合实际，针对空管设备的电源问题进行了论述。

关键词：空管设备；电源；应用；发展方向

引言

民航空管部门运行着许多电子设备，它们需要使用直流电供电，需要的电压电流也有多种规格，为了电源的安全、稳定和低成本，基本电力来源是从“电力网”（人们称为“市电”）提供的。除了大功率设备（如雷达），一般中小型设备，都直接使用单相220伏市电，且设备本身都带有“电源部分”，也就是将220伏交流电，转换成所需要的各种电压的直流电，随着电子设备的发展进步，电源技术也随之变化。

1 早期空管设备电源

早期的低压电源，主要依靠“工频变压器”（也就是工作在50赫兹的市电频率硅钢片为铁芯的变压器）将市电电压变为低压然后整流，但是工频变压器的体积重量都很大，能量效率低，而且直流电中的交流成分大，对于“滤波电路”的要求很高，如果需要稳定度高的供电，所用的“降压式稳压器”能效也很低……

后来发展起来的“开关电源”技术，就极大地改善了电源供给的性能。所谓开关电源，首先把220伏市电，用硅整流二极管转换成直流电，对一个容量适当的“滤波电容器”充电，由于220伏交流电的“峰值”约等于300伏，因此滤波电容器上的电压，就能够接近300伏，然后再由一组“开关器件”把这个近三百伏的直流电，变化成频率相对高（一般取数十至上百千赫）的交流电，这个“高频高压交流电”加在一个变压器的初级上，再根据需要在变压器的次级得到需要的“较低电压”（比如“有效值”12伏左右），然后再通过整流二极管变换成直流电。

“开关电源”之所以效率较高，就是因为电路中的元器件损耗小，比如硅二极管整流器，它的“正向压降”一般都在1V以下，而电子管整流器的压降，往往达到几十伏；再如变压器，工作在50赫兹（市电的频率）的“工频”变压器，就以50瓦等级的变压器为例，“每伏圈数”大约需要5匝，220伏的初级绕组就要一千多圈，而功率更小的变压器，往往需要数千圈，因此它的电阻值很大，加上还需要使用“硅钢片铁芯”，体积和重量都大，效率因而很低；而在开关电源中，由于频率相对高了很多，初次级的绕组圈数都很少（比如台式电脑的开关电源中，变压器的初级绕组约仅仅20圈，次级圈数都在一位数），因而绕组使用的导线直径也可以用得很粗，电阻值就大大降低，磁芯都使用“鉄淦氧”（它的导磁率足够高，涡流损耗小）整体损耗很小，因而效率很高。现代电子电路中往往需要不同的电压供给，因此常常有些DC-DC转换电路（它的工作过程也是先将直流电源转化成高频交流电，变压器变压后再整流输出直流电，而且包含稳压功能）。

“开关式电压转换器”给供电带来了极大的方便，比如现在用得很多的“笔记本电脑”只需要一套锂电池，就能够为整机提供各种电压的电源，而一个“电压变换器”可以制作得很小（有些可以接近芝麻大小），最终供电能源都来自市电，但是它自己的锂电池，也能单独供电接近十小时，当然也就不怕突然停电之类的问题了。

通信设备中也有不少“便携式”的，它们也需要由电池供电，有些设备已经沿用了许多年，生产厂家也一直沿用它的制造方式，因此有些设备（例如“‘贝克甚高频机”）还在使用“铅酸电瓶”，它的体积重量价格都不占优势，却仍然“赖在”通信导航系统内。同样的原因，有些设备还在使用“镉镍电池”或“镍氢电池”，他们虽说要皮实一些，性能却都不如锂电池。

2 锂电池的应用

当前使用最多的自然是锂电池，由于金属锂的比重小且化学性活泼，因此锂电池重量轻、电压高，同等体积或重量的电池，相对电量要大不少，不过它也很娇气，需要小心的呵护，否则会带来麻烦，手机爆炸的事件发生过许多，美国新式客机“波音787”使用的锂电池，也发生过几次起火的危险。

锂电池的娇气和麻烦，是因为它在被“过充电”后，内部就会发生变化，会短路发热燃烧甚至爆炸；充电电流也需要限制以防过热；放电电流也需要限制，因此要在电池内部、外部采取多种措施，来防备危险。

我们这里所说的“锂电池”，当然是“可多次充放电”的锂电池，它不像“一次性”的原电池，用完之后就报废了。一次性原电池，主要是指电压1.5伏的“干电池”（也包括一些“一次性锂电池”），它们由金属锌和电解液产生电化学反应，输出电能供电气设备使用。通过简单的计算可知，干电池提供的电能的价格，大约要比“市电”提供的电能昂贵数千倍，所以在耗电较大的场合，人们都不会选择干电池来供电。这也就是人们总在寻找能够存储较大电能的“蓄电池”，以便在离开市电的情况下，能够获得能量足够大，而且价格相对低的电源。

锂电池大量进入人们生活的时间还不算长，还在不断发展提高，理论研究和制造工艺也有各种新的进展，大致方向是朝着大容量、安全、快速充电、低成本努力。大容量锂电池最大的用户也是汽车，主要是作为新能源“电动汽车”的“主能源”。而小容量的锂电池，现在已经在无数的小电器中扎下了根，手机、相机、摄像机、笔记本电脑、平板电脑、小功率通信设备，都离不开锂电池。

为了保证锂电池正常运转，正规的电池本身和使用锂电池的设备，都会加进一些保障安全的措施，例如限制最高充电电压和电流的电路，检测电池温度的器件，限制最大放电电流的电路等等，每一种措施常常会有不止一套，目的就是提高它的安全性，因为像手机这类“人人都使用”的小东西，一旦发生爆炸起火，就不是小事情。

3 未来空管设备电池的发展方向

未来的空管便携式设备势必向着轻便、小巧、实用方面发展，能够具有满足这种条件的电池对空管便携式设备来说非常重要。现在再介绍一种“磷酸铁锂电池”，它的主电极材料为LiFePO4，这种电池具有“低内阻”，因此可以提供极大的放电电流，适合作为“动力电源”，它还不怕“过放电”，即使放电到零电压，也不至于损坏电池，还有极低的“自放电率”，因此不怕长期放置而损失电能。

它还有一个很有用的特点，它的标称电压值为3.2伏，正好可以替代两个普通干电池，有许多原设计使用两个1.5伏干电池的小电器，直接用一个磷酸铁锂电池，外加一个“占位筒”（也就是一个尺寸等于干电池的短路线。现在很容易在电商那里买到5号和7号磷酸铁锂电池和“占位筒”），放进原先的电池盒，就能够完美的工作了。