全固態(tài)中波發(fā)射機調(diào)制功放插拔單元的溫升控制

林曉斌

華僑大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院、福建省廣播電視傳輸發(fā)射中心泉州401臺，福建 泉州 362000

0 引言

目前我國使用的中波發(fā)射實驗機大部分是上海明珠廣播公司生產(chǎn)的全固態(tài)發(fā)射機。在平時的研究工作學(xué)習(xí)中，筆者發(fā)現(xiàn)TS-03C型機器插拔單元故障率較高，該機的調(diào)制功放工作單元采用的插拔結(jié)構(gòu)通過一個20芯或28芯的插座與其實相關(guān)電路相連，隨著這幾年的跟蹤檢修維護，筆者發(fā)現(xiàn)各個插拔單元的外部的插頭、插座和內(nèi)部的功放器件的溫升問題是一個很重要影響因素，本文著重通過對調(diào)制功放插拔單元的內(nèi)外部分析探討因溫升問題造成的影響，并提出解決方案應(yīng)對存在的問題。

1 調(diào)制功放插拔單元系統(tǒng)介紹

調(diào)制功放單元分為調(diào)制部分和功放部分，調(diào)制器接受來自調(diào)制推動器輸出的推動脈沖，調(diào)制管工作于開關(guān)狀態(tài)，輸出是脈寬調(diào)制的矩形波，頻率是72KHZ，經(jīng)過低通濾波器，濾除72KHZ及其諧波，輸出是疊加有音頻信號的直流電壓，作為高頻功率放大器的工作電源。功放部分是接受來自調(diào)諧回路輸出的正弦波射頻激勵電壓，工作于丁類開關(guān)放大狀態(tài)，輸出是幅度調(diào)制的射頻方波信號。其內(nèi)外結(jié)構(gòu)特點如下：

1）外接部分（如圖1）

圖1

（1）其在原理圖中標識為7×S；

（2）2、3、4腳接功率合成變壓器7A1-1上端，16、17、18腳連到7×S2-2、3、4端；

（3）6、7、8、9腳并聯(lián)接地，20、21、22、23腳接-140V；

（4）10腳送一聯(lián)鎖檢測信號到1×S1-3，11腳與其它功放對應(yīng)引腳構(gòu)成串接回路；

（5）12腳MD封鎖信號輸入端，并接其它功放小盒的相應(yīng)引腳：

（6）13、14腳為調(diào)制推動信號輸入端；

（7）24、25腳為從調(diào)諧回路來的載頻信號輸入端；

（8）26腳為+24V輸入端，27腳為+18V輸入端；

（9）28腳為電源接地端。

2）內(nèi)部功放管分布

IRF250在印刷電路板中的結(jié)構(gòu)布置圖如圖2。

圖2

2 溫升故障分析

在平時的檢修維護過程中，調(diào)制功放單元是一個比較頻繁動作的單元，故障率較高，外部的問題來自于插頭和插座，頻繁的動作摩擦，加上內(nèi)部彈片溫升，極有可能帶來彈片接觸電阻的升高與接觸不良引發(fā)相關(guān)故障。

調(diào)制功放后面的插頭和插座是一種插入式的結(jié)構(gòu)形式。插頭和插座是通過接觸彈片連接同時起到了導(dǎo)通電路、形成并維持接觸彈片接觸面的壓力、形成穩(wěn)固的接觸的作用。插銷插人彈性的插套內(nèi)標準觸頭由合金做成，然而不論是何種金屬涂層，其上均會附著一層諸如氧化物之類的化學(xué)物質(zhì)，造成接觸面變形。其結(jié)果將導(dǎo)致給壓縮電阻額外加上一個電阻。從整體上來講，電阻值還是升高了，原因是氧化膜的存在減小了金屬接觸面的面積。不同插頭插座在不同接觸電阻和電流作用下的最高溫度。另外，為了使觸頭的接觸電阻不會太大而引起溫升的提高， 所以必須有足夠的觸頭壓力，但如果觸頭壓力過大會造成插頭插座的插拔力大，操作不方便。

其次，中波固態(tài)發(fā)射機功放器件主要采用丁類放大器中常用的IRF250型號的場效應(yīng)（MOS） 管。這些管子的工作特點是多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，熱穩(wěn)定性較好。但同時也存在大多數(shù)晶體管電流隨溫度的改變而成非線性變化的特性， 比如；IRF250 在25℃時候最大漏極電流Idss為16A，但到100 ℃ 時Idss就變?yōu)?0A ，由于溫度的變化，管子的工作狀態(tài)就會不穩(wěn)定，從而影響整機性能。另外，TS-03C型固態(tài)發(fā)射機內(nèi)部都采用模塊化布局，結(jié)構(gòu)緊湊，散熱相對空間較小，同時又使用大量集成電路，功放單元的溫度變化，對于半導(dǎo)體器件壽命的影響和增加維護費用非常重要。再者，功放管周圍存在較多的貼面電阻、電容和電感器件發(fā)熱量比較大，很容易造成溫升超標。以致影響功放單元的技術(shù)參數(shù)和造成功放模塊間的不平衡，引起連鎖反應(yīng)，增大器件損壞的面積。

因此，既要保證設(shè)備能滿足各方面的要求，又不能對已有的設(shè)備的結(jié)構(gòu)、電路原理做太大的改動以致影響設(shè)備的性能和外觀，就成了設(shè)計者必須考慮的問題。

3 溫控實施方案

3.1 注意插拔單元的外部風(fēng)冷系統(tǒng)的安全可靠性

目前全固態(tài)中波發(fā)射機大都采用強迫風(fēng)冷方式，要求風(fēng)流量為100m3/min。發(fā)射機內(nèi)部有許多風(fēng)槽，風(fēng)槽壁上有許多小孔，小孔的位置對準功放模塊的散熱片，氣流通過小孔吹到散熱片上，將功放模塊產(chǎn)生的熱量帶走，起到降溫冷卻作用。由于空氣中含有灰塵，灰塵會吸附在風(fēng)槽小孔的四周，隨著發(fā)射機工作時間的增加，吸附的灰塵會越聚越多，而且會吸附在功放模塊和元器件線路之間的表面，如果不及時處理，會導(dǎo)致故障，嚴重影響發(fā)射機的安全運行。所以通過以下措施加強風(fēng)冷濾塵系統(tǒng)的可靠性。

首先，將單風(fēng)機系統(tǒng)改為1+1主備式的風(fēng)機系統(tǒng)；其次，保持所有風(fēng)機清潔，無塵，無其他可能限制氣流的各部部件。安裝空調(diào)設(shè)備控制機房溫度。定期檢修除塵防止灰塵積聚。再者，要密切注意風(fēng)機的運行狀況，定期清洗軸承，加強電機的電氣維護，每周檢查風(fēng)機運行、風(fēng)接點的清潔情況，每半年利用水平儀調(diào)整電機軸與風(fēng)機的水平性。最后，通過值班人員定時巡機測量機器出風(fēng)口的溫度，對風(fēng)口的溫度進行比較，發(fā)現(xiàn)溫度過熱原因及時查明。通過以上措施保證風(fēng)冷系統(tǒng)工作的可靠性。

3.2 注意插拔單元插件的維護

調(diào)制功放盒后面的插拔部分的穩(wěn)定可靠直接影響到接觸電阻的大小，要解決這一問題，當然先要從選材上考慮，不同合金材料其導(dǎo)電導(dǎo)熱效果不一樣，選用越好的合金導(dǎo)電導(dǎo)熱的效果會更加明顯，但是另選好的合金對用戶來說是不可取的，因為機器都是廠家裝配好的，我們不可能進行很大的結(jié)構(gòu)性的改動，所以，在平時的檢修中通過加強巡機巡查，注意機器的參數(shù)變化來加以注意。

另外，觸頭溫升是插拔單元要注意的另一個影響因素，它是由于觸頭電極接線端的熱傳導(dǎo)引起的，因此控制溫度是一個關(guān)鍵的因素。接觸電阻在1Ω～2Ω時，10A 的插頭通過4倍的額定電流，16A插頭通過兩倍額定電流，就會對插頭插座產(chǎn)生較大破壞。接觸電阻在10Ω上時，只要通過兩倍的額定電流就會瞬間對插頭插座產(chǎn)生很大的破壞，并且在短時間內(nèi)達到300℃～400℃甚至500℃以上的高溫，這樣的溫度可以引燃大多數(shù)可燃物，具有極大的火災(zāi)危險性。筆者曾經(jīng)看過因為插件的觸頭彈片的彈性失效，引起了電路接觸不良燒壞了電路板的故障，影響了發(fā)射的效率，因此必須加以重視。

3.3 有條件地使用單片機溫控電路

發(fā)射機在工作過程中，發(fā)射機內(nèi)部的溫度是隨機器工作狀態(tài)變化的，而外部空調(diào)的制冷風(fēng)量與溫度基本是恒定的，不能進行智能調(diào)節(jié)，降溫效果不理想，隨著科技的發(fā)展，目前的單片機的溫控電路很多，我們可以選擇適合的單片機進行溫度控制，筆者通過模擬實踐發(fā)現(xiàn)利用溫敏Z元件并結(jié)合本地的南方氣候特點進行溫升控制是一可行性方案。原理圖見圖3。

圖3

3.3.1 電路構(gòu)成

1）溫控器的核心部件溫控器使用具有4K存儲容量的可擦寫的單片機AT89C51，它負責(zé)程序管理、運行、感溫信號的接收、功率開關(guān)的接通與關(guān)斷以及存儲設(shè)置溫度、溫度循環(huán)程序等。該芯片無A/D變換器，工作在睡眠方式。

2）LCD一顯示屏該屏能顯示時間、現(xiàn)場溫度、設(shè)置的溫度在一天中的分布等；

3）R～繼電器電路；

4）CS一控制開關(guān)電路；

5）SET一設(shè)置電路；

6）CP一時鐘脈沖產(chǎn)生電路；

7）電源電路，電源電路為z.元件線性頻率發(fā)生器提供工作電壓，電壓值可在9V～14V之調(diào)整，電源還提供了為MCU單片機供電的+5V電壓；

8）線性頻率發(fā)生器電路。

圖4

3.3.2 工作原理簡介

1）z-元件感溫線性頻率發(fā)生器

該電路由脈沖發(fā)生器和整形電路構(gòu)成。脈沖發(fā)生器由電源E、R1、C1、Z-元件構(gòu)成，脈沖信號為前沿鋸齒波信號。用MOS反相門整形是為了使前沿的上升時間0由幾百微秒下降為小于1μs，下降時間也由幾微秒下降為小于1μs。同時，信號的高電平VOH、低電平VOL都是與單片機良好配合的MOS電平。

該信號的頻率f 隨著Z一元件的閾值電壓Vth的變化而改變，Vth是一個對溫度非常敏感的參數(shù)，且有負的溫度系數(shù)，頻率f為正的溫度系數(shù)。

在5℃～35℃的范圍內(nèi)信號頻率.f（Hz）與溫度T℃的關(guān)系符合下式

式中，T—被測溫度（℃）；

f—時的振蕩器頻率[Hz]；

f0—5℃時的振蕩器頻率1000Hz；

SF一振蕩頻率的溫度靈敏度[Hz/℃]，

單片機通過片內(nèi)計數(shù)器對感溫信號的頻率進行計數(shù)，用存入片內(nèi)的式中計算出當前的溫度，該溫度等于設(shè)置溫度時，其輸出控制線Va、Vb輸出另外一組控制信號，圖4為其信號電平時序圖。我們將此該單片機置入到發(fā)射機功放內(nèi)部，采集感溫信號，將輸出控制線接入到空調(diào)機內(nèi)上，根據(jù)發(fā)射機內(nèi)部的溫度情況，科學(xué)改變空調(diào)的出風(fēng)量，達到良好的降溫效果，保證內(nèi)部工作溫度維持在預(yù)置溫度上，達到明顯的溫控目的。

4 結(jié)論

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，功放的功能越來越多，元器件的集成化、智能化的程度越來越高，溫升的來源也會更廣泛更復(fù)雜，以上方案是筆者通過多年實踐工作的一些思考，只是對于溫升控制技術(shù)在發(fā)射機中應(yīng)用的一次初探。因筆者水平有限，文中不當之處，愿和大家共同學(xué)習(xí)探討，為我國的中波發(fā)射事業(yè)貢獻一份力量。

[1]周長恩，付云鵬，張靖環(huán)，王建林.z一半導(dǎo)體敏感元件原理與應(yīng)用(2)一z一元件的研制實踐與工作機理的定性分析[J].傳感器世界，2001，4.

[2]TS-03C 3KW全固態(tài)PDM中波廣播發(fā)射機技術(shù)說明書.上海明珠廣播電視科技有限公司.

[3]張丕灶，等編著.全固態(tài)脈寬調(diào)制中波廣播發(fā)射機.