功率開(kāi)關(guān)控制板故障分析

陳建平

（國(guó)家新聞出版廣電總局731臺(tái)，福建龍巖364000）

功率開(kāi)關(guān)控制板故障分析

陳建平

（國(guó)家新聞出版廣電總局731臺(tái)，福建龍巖364000）

日常檢修中，主要根據(jù)發(fā)射機(jī)狀態(tài)板上的指示燈，判斷對(duì)應(yīng)某號(hào)功率模塊或控制小板是否正常，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行更換。分別介紹控制小板中各支路的功能，并結(jié)合實(shí)際維護(hù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)常見(jiàn)故障進(jìn)行分析和判斷。

短波發(fā)射機(jī)；控制小板；Psm

引言

TBH522型150 kW短波發(fā)射機(jī)采用PSM技術(shù)來(lái)獲得高末直流陽(yáng)壓和音頻調(diào)制電壓，使用了50套功率開(kāi)關(guān)模塊提供電壓，其中48套功率模塊串聯(lián)輸出提供高末陽(yáng)壓，2套用于提供高末的簾柵壓。

每個(gè)功率開(kāi)關(guān)模塊上都裝有一個(gè)功率開(kāi)關(guān)控制器板（簡(jiǎn)稱控制小板），控制其控制模塊上IGBT的保護(hù)管AC和開(kāi)關(guān)管DC，它與整個(gè)PSM調(diào)制系統(tǒng)聯(lián)系是通過(guò)2條光纜實(shí)現(xiàn)的，一條光纜用于接收來(lái)自PSM控制系統(tǒng)的合或斷開(kāi)關(guān)管的指令信號(hào)，一條用于傳送反應(yīng)本功率開(kāi)關(guān)模塊工作狀態(tài)的信號(hào)[1]。

控制小板由保護(hù)管控制電路、開(kāi)關(guān)管控制電路、短路保護(hù)電路、開(kāi)關(guān)管狀態(tài)檢測(cè)及故障保護(hù)電路、失步保護(hù)電路、開(kāi)關(guān)狀態(tài)及外電檢測(cè)電路、以及供電回路組成，實(shí)現(xiàn)以下控制功能：1）接收系統(tǒng)信號(hào)并控制模塊開(kāi)關(guān)IGBT的AC管和DC管的通、斷；2）向PSM控制系統(tǒng)發(fā)出37 kHz的光信號(hào)，反應(yīng)模塊開(kāi)關(guān)狀態(tài)；3）檢測(cè)模塊開(kāi)關(guān)狀態(tài)和外電變化情況，出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)進(jìn)行保護(hù)。

1 開(kāi)關(guān)控制板實(shí)際故障分析

1.1 故障實(shí)例一

開(kāi)關(guān)控制小板不能正常切換功率模塊的開(kāi)關(guān)。

1.1.1 故障查找

測(cè)量過(guò)供電電源均為正常交流380 V，無(wú)出現(xiàn)跳變情況，更換控制端A5功率控制板，無(wú)效；對(duì)故障模塊的光發(fā)/光收光纜進(jìn)行檢測(cè)，無(wú)異常。更換開(kāi)關(guān)控制小板后，恢復(fù)正常。

1.1.2 原因分析

在功率開(kāi)關(guān)模塊正常工作時(shí)，AC管是常通的，把一個(gè)700 V電壓輸出至DC管。該支路如圖1所示，具體工作情況為：

開(kāi)機(jī)后，本板的供電回路輸出+12V，一路通過(guò)R2和R1，經(jīng)過(guò)分壓后A點(diǎn)電壓為6V，并加至比較器N7的同相輸入端；另一路通過(guò)R3和穩(wěn)壓管VR1使B點(diǎn)得到5.1V電壓，并加至比較器N7的反相輸入端。由于UA＞UB，則C點(diǎn)輸出高電平“1”（此時(shí)由于DC管檢測(cè)電路正常時(shí)輸出為高電平，不影響C點(diǎn)電壓），經(jīng)過(guò)RS觸發(fā)器后D點(diǎn)輸出低電平“0”，再經(jīng)反相器后輸出為高電平“1”至AC管柵極，使AC管導(dǎo)通。

圖1 保護(hù)管控制電路

當(dāng)發(fā)生下列情況時(shí)，AC管將被切斷：

1）當(dāng)本小板的供應(yīng)電壓變化較大，且低至10 V以下時(shí)，此時(shí)A點(diǎn)電壓下降低于5 V，即UA＜5 V；另一回路由于穩(wěn)壓管VR1的作用，B點(diǎn)仍穩(wěn)壓為5.1V，這就造成UA＜UB，則比較器N7輸出C點(diǎn)由高電平“1”變?yōu)榈碗娖健?”，經(jīng)RS觸發(fā)器后D點(diǎn)輸出高電平“1”，再經(jīng)反相器輸出低電平“0”至AC管柵極，將AC管斷開(kāi)；

2）當(dāng)R1、R2阻值變化較大，造成A點(diǎn)電壓UA＜5V時(shí)，即UA＜UB，此時(shí)如上情況所述，也將AC管斷開(kāi)。

1.1.3 解決方法

更換故障的N7集成塊。

1.2 故障實(shí)例二

開(kāi)關(guān)控制小板的光纖控制出現(xiàn)故障，不能正常按工作指令控制功率模塊的開(kāi)關(guān)。

1.2.1 故障查找

測(cè)量控制端的光發(fā)/光收板，檢查光纜上是否因?yàn)闇囟榷l(fā)生變形，影響折光度。

1.2.2 原因分析

PSM控制系統(tǒng)根據(jù)輸入的音頻信號(hào)變化規(guī)律，負(fù)責(zé)對(duì)48個(gè)功率開(kāi)關(guān)模塊的開(kāi)關(guān)管DC進(jìn)行導(dǎo)通或斷開(kāi)的循環(huán)控制。該電路中有一個(gè)光接收器，接收光纜傳遞的由控制系統(tǒng)發(fā)出的指令信號(hào)，以控制DC管的導(dǎo)通或斷開(kāi)。見(jiàn)圖2：

圖2 保護(hù)電路

其工作情況為：

當(dāng)系統(tǒng)未發(fā)出“合”信號(hào)時(shí)，此時(shí)無(wú)光信號(hào)輸入，則U8輸出A點(diǎn)為高電平“1”，經(jīng)與非門后輸出B點(diǎn)為“0”，C點(diǎn)為“1”，則D點(diǎn)為“0”，即斷開(kāi)DC管；

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出“合”信號(hào)時(shí)，此時(shí)有光信號(hào)輸入，則U8輸出A點(diǎn)為“0”，B點(diǎn)為“1”，C點(diǎn)為“0”，則D點(diǎn)為“1”，導(dǎo)通DC管。

當(dāng)光纜出現(xiàn)故障時(shí)，即使系統(tǒng)的其它部分工作正常，但與該故障光纜對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)也將合不上，將影響總輸出電壓，使指標(biāo)變差。為此，當(dāng)經(jīng)過(guò)110 s后檢測(cè)到某級(jí)功率開(kāi)關(guān)一直沒(méi)有正常工作時(shí)，表示已經(jīng)超過(guò)一個(gè)循環(huán)通斷周期，則控制系統(tǒng)應(yīng)該把該級(jí)模塊斷開(kāi)，讓它處于停用狀態(tài)。

當(dāng)電路和光纜正常時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出“合”信號(hào)，即DC管為導(dǎo)通狀態(tài)A點(diǎn)為“0”，B點(diǎn)為“1”，此時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管Q3導(dǎo)通，使D點(diǎn)為“0”，而C點(diǎn)為“0”，觸發(fā)定時(shí)器D4輸出E點(diǎn)為“1”，F(xiàn)點(diǎn)為“0”送至DC保護(hù)電路，對(duì)其不產(chǎn)生影響；

當(dāng)光纜發(fā)生故障時(shí)，不論控制系統(tǒng)是否發(fā)出合斷信號(hào)，則DC合斷信號(hào)的A點(diǎn)為“1”，B點(diǎn)為“0”，使場(chǎng)效應(yīng)管Q3截止，此時(shí)+12 V電源經(jīng)電阻R34對(duì)電容C33充電，其充電時(shí)間T=1.1RC=110 s，當(dāng)經(jīng)過(guò)110 s后，電容C33輸出高電平使D點(diǎn)為“1”，而由于C點(diǎn)為“1”，觸發(fā)定時(shí)器D4輸出E點(diǎn)為“0”，F(xiàn)點(diǎn)為“1”送至DC保護(hù)電路，將AC管斷開(kāi)，使該級(jí)模塊處于停用狀態(tài)。

1.2.3 解決方法

更換功率開(kāi)關(guān)控制板進(jìn)入的光纖頭，該光纖因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間的熱能影響發(fā)生變形了，導(dǎo)致光信號(hào)無(wú)法正常傳導(dǎo)。

2 原理總結(jié)

日常檢修中，主要根據(jù)發(fā)射機(jī)狀態(tài)板上的指示燈，判斷對(duì)應(yīng)某號(hào)功率模塊或控制小板是否正常，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行更換。由于模塊的IGBT被擊穿而短路或開(kāi)路，也會(huì)造成指示燈常亮或常滅。

控制輸入電路正常工作時(shí)，發(fā)出37 kHz的光信號(hào)；當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，其光信號(hào)消失，PSM控制系統(tǒng)自動(dòng)將對(duì)應(yīng)模塊斷開(kāi)停用。

工作模塊正常時(shí)，AC管導(dǎo)通，輸出一個(gè)700V的直流電壓，經(jīng)過(guò)電阻分壓，在R11的壓降為：R’= 10×1.2/（10+1.2）=1.07 kΩ，UA=700×1.07/（200+1.07）=3.7V，該電壓又與電阻R12、電容C11共同決定壓控振蕩器N5的輸出頻率f，而f=UA/R12·C11·10=37 kHz，并通過(guò)光纜傳給PSM控制系統(tǒng)，反應(yīng)該支路工作情況[2]。

綜上所述，以上分析的幾種電路狀態(tài)如下表1所示：

表1 開(kāi)關(guān)狀態(tài)及外電檢測(cè)電路的工作狀態(tài)

當(dāng)光纜出現(xiàn)故障時(shí)，即使系統(tǒng)的其它部分工作正常，但與該故障光纜對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)也將合不上，將影響總輸出電壓，使指標(biāo)變差。為此，當(dāng)經(jīng)過(guò)110 s后檢測(cè)到某級(jí)功率開(kāi)關(guān)一直沒(méi)有正常工作時(shí)，表示已經(jīng)超過(guò)一個(gè)循環(huán)通斷周期，則控制系統(tǒng)應(yīng)該把該級(jí)模塊斷開(kāi)，讓它處于停用狀態(tài)。

3 常見(jiàn)故障匯總框圖

分析完控制小板各支路工作情況后，將其常見(jiàn)各種故障匯總作如下框圖3：

圖3 常見(jiàn)故障框圖

除了以上分析外，該小板還要檢測(cè)可能的故障：

小板上的供電回路出現(xiàn)問(wèn)題，造成+12 V或+5 V電壓輸出不穩(wěn)定，使元器件無(wú)法正常工作，對(duì)電路產(chǎn)生影響。此時(shí)應(yīng)檢測(cè)供電回路的整流器、穩(wěn)壓管、二極管、電容等，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行更換。

[1]黃曉兵.THB-522型150 kW短波發(fā)射機(jī)維護(hù)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)書籍出版社,2011:148-152.

[2]徐偉東,宣偉民,姚列英,等.基于PSM技術(shù)高壓脈沖電源的模擬試驗(yàn)[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2008(1):110-113.

（編輯：王璐）

Fault Analysis of Power Switch Control Panel

Cheng Jianping
(State Administration of Press,Publication,Radio,Film and Television Bureau, Longyan Fujian 364000)

Dailymaintenance,according to the state indicator transmitter board,a powermodule or determine the corresponding control panel is normal,identify problems and timely replacement.This paper introduces the function of each branch control panel,and combined with the actualmaintenance experience to analyze and judge the common fault.

shortwave transmitter;control panel;Psm

TN838

A

2095-0748(2016)20-0064-03

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.20.28

2016-10-12

陳建平（1981—），女，福建龍巖人，本科，電氣工程師，研究方向：短波發(fā)射技術(shù)。