淺議空管設(shè)備的電源問(wèn)題

余焰

摘 要：結(jié)合實(shí)際，針對(duì)空管設(shè)備的電源問(wèn)題進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：空管設(shè)備；電源；應(yīng)用；發(fā)展方向

引言

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

1 早期空管設(shè)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?yōu)榈蛪喝缓笳鳎枪ゎl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(duì)于“濾波電路”的要求很高，如果需要穩(wěn)定度高的供電，所用的“降壓式穩(wěn)壓器”能效也很低……

后來(lái)發(fā)展起來(lái)的“開關(guān)電源”技術(shù)，就極大地改善了電源供給的性能。所謂開關(guān)電源，首先把220伏市電，用硅整流二極管轉(zhuǎn)換成直流電，對(duì)一個(gè)容量適當(dāng)?shù)摹盀V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(guān)器件”把這個(gè)近三百伏的直流電，變化成頻率相對(duì)高（一般取數(shù)十至上百千赫）的交流電，這個(gè)“高頻高壓交流電”加在一個(gè)變壓器的初級(jí)上，再根據(jù)需要在變壓器的次級(jí)得到需要的“較低電壓”（比如“有效值”12伏左右），然后再通過(guò)整流二極管變換成直流電。

“開關(guān)電源”之所以效率較高，就是因?yàn)殡娐分械脑骷p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(dá)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(jí)的變壓器為例，“每伏圈數(shù)”大約需要5匝，220伏的初級(jí)繞組就要一千多圈，而功率更小的變壓器，往往需要數(shù)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(guān)電源中，由于頻率相對(duì)高了很多，初次級(jí)的繞組圈數(shù)都很少（比如臺(tái)式電腦的開關(guān)電源中，變壓器的初級(jí)繞組約僅僅20圈，次級(jí)圈數(shù)都在一位數(shù)），因而繞組使用的導(dǎo)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(dǎo)磁率足夠高，渦流損耗?。┱w損耗很小，因而效率很高?，F(xiàn)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(zhuǎn)換電路（它的工作過(guò)程也是先將直流電源轉(zhuǎn)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(wěn)壓功能）。

“開關(guān)式電壓轉(zhuǎn)換器”給供電帶來(lái)了極大的方便，比如現(xiàn)在用得很多的“筆記本電腦”只需要一套鋰電池，就能夠?yàn)檎麢C(jī)提供各種電壓的電源，而一個(gè)“電壓變換器”可以制作得很?。ㄓ行┛梢越咏ヂ榇笮。罱K供電能源都來(lái)自市電，但是它自己的鋰電池，也能單獨(dú)供電接近十小時(shí)，當(dāng)然也就不怕突然停電之類的問(wèn)題了。

通信設(shè)備中也有不少“便攜式”的，它們也需要由電池供電，有些設(shè)備已經(jīng)沿用了許多年，生產(chǎn)廠家也一直沿用它的制造方式，因此有些設(shè)備（例如“‘貝克甚高頻機(jī)”）還在使用“鉛酸電瓶”，它的體積重量?jī)r(jià)格都不占優(yōu)勢(shì)，卻仍然“賴在”通信導(dǎo)航系統(tǒng)內(nèi)。同樣的原因，有些設(shè)備還在使用“鎘鎳電池”或“鎳氫電池”，他們雖說(shuō)要皮實(shí)一些，性能卻都不如鋰電池。

2 鋰電池的應(yīng)用

當(dāng)前使用最多的自然是鋰電池，由于金屬鋰的比重小且化學(xué)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(duì)電量要大不少，不過(guò)它也很嬌氣，需要小心的呵護(hù)，否則會(huì)帶來(lái)麻煩，手機(jī)爆炸的事件發(fā)生過(guò)許多，美國(guó)新式客機(jī)“波音787”使用的鋰電池，也發(fā)生過(guò)幾次起火的危險(xiǎn)。

鋰電池的嬌氣和麻煩，是因?yàn)樗诒弧斑^(guò)充電”后，內(nèi)部就會(huì)發(fā)生變化，會(huì)短路發(fā)熱燃燒甚至爆炸；充電電流也需要限制以防過(guò)熱；放電電流也需要限制，因此要在電池內(nèi)部、外部采取多種措施，來(lái)防備危險(xiǎn)。

我們這里所說(shuō)的“鋰電池”，當(dāng)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(bào)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(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，輸出電能供電氣設(shè)備使用。通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算可知，干電池提供的電能的價(jià)格，大約要比“市電”提供的電能昂貴數(shù)千倍，所以在耗電較大的場(chǎng)合，人們都不會(huì)選擇干電池來(lái)供電。這也就是人們總在尋找能夠存儲(chǔ)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(jià)格相對(duì)低的電源。

鋰電池大量進(jìn)入人們生活的時(shí)間還不算長(zhǎng)，還在不斷發(fā)展提高，理論研究和制造工藝也有各種新的進(jìn)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(dòng)汽車”的“主能源”。而小容量的鋰電池，現(xiàn)在已經(jīng)在無(wú)數(shù)的小電器中扎下了根，手機(jī)、相機(jī)、攝像機(jī)、筆記本電腦、平板電腦、小功率通信設(shè)備，都離不開鋰電池。

為了保證鋰電池正常運(yùn)轉(zhuǎn)，正規(guī)的電池本身和使用鋰電池的設(shè)備，都會(huì)加進(jìn)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(cè)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(huì)有不止一套，目的就是提高它的安全性，因?yàn)橄袷謾C(jī)這類“人人都使用”的小東西，一旦發(fā)生爆炸起火，就不是小事情。

3 未來(lái)空管設(shè)備電池的發(fā)展方向

未來(lái)的空管便攜式設(shè)備勢(shì)必向著輕便、小巧、實(shí)用方面發(fā)展，能夠具有滿足這種條件的電池對(duì)空管便攜式設(shè)備來(lái)說(shuō)非常重要。現(xiàn)在再介紹一種“磷酸鐵鋰電池”，它的主電極材料為L(zhǎng)iFePO4，這種電池具有“低內(nèi)阻”，因此可以提供極大的放電電流，適合作為“動(dòng)力電源”，它還不怕“過(guò)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(zhǎng)期放置而損失電能。

它還有一個(gè)很有用的特點(diǎn)，它的標(biāo)稱電壓值為3.2伏，正好可以替代兩個(gè)普通干電池，有許多原設(shè)計(jì)使用兩個(gè)1.5伏干電池的小電器，直接用一個(gè)磷酸鐵鋰電池，外加一個(gè)“占位筒”（也就是一個(gè)尺寸等于干電池的短路線?，F(xiàn)在很容易在電商那里買到5號(hào)和7號(hào)磷酸鐵鋰電池和“占位筒”），放進(jìn)原先的電池盒，就能夠完美的工作了。