PDM1kW全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)無(wú)功率輸出故障檢修

孟凡才 淮安中波發(fā)射臺(tái)

1.引言

我臺(tái)新采購(gòu)的ZF-1B1kWPDM全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)是北京廣播電視股份有限公司自主研發(fā)的換代新產(chǎn)品，其控制原理、技術(shù)參數(shù)采集顯示方式等都有別于之前的PDM發(fā)射機(jī)。該發(fā)射機(jī)采用采用單片機(jī)智能控制，低壓電源，高壓電源，調(diào)制推動(dòng)，天線駐波比，門(mén)開(kāi)關(guān)等故障在LCD屏有對(duì)應(yīng)的故障指示。發(fā)射機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，維修人員通常習(xí)慣使用同功能小盒的替代方式快速定位故障部位，但前提是要確保使用的替代小盒是完好的，否則會(huì)產(chǎn)生誤導(dǎo)，貽誤設(shè)備的故障排除。

2.ZF-1B PDM1kW全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)構(gòu)成及常見(jiàn)故障檢修思路

2.1 全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)構(gòu)成及工作原理

ZF-1B為1kWPDM全固態(tài)中波發(fā)射機(jī),由射頻通路，PDM通路，控制部分，電源部分組成。

射頻通路有振蕩器、中間放大器、RF功率放大單元、功率合成、帶通濾波和網(wǎng)絡(luò)匹配等；PDM通路包括音頻輸入板，PDM調(diào)制放大器，PDM濾波器；控制部分包括取樣保護(hù)采集電路單元、單片機(jī)控制單元；電源部分包括高壓電源和低壓電源單元。

該發(fā)射機(jī)采用脈寬調(diào)制(PDM)調(diào)制方式。PDM是一種高效率的調(diào)制方式，通過(guò)高速比較器把連續(xù)的音頻信號(hào)變換為調(diào)寬脈沖信號(hào),再通過(guò)工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)的丁類放大器把調(diào)寬脈沖放大到需要的電平,最后通過(guò)解調(diào)器(低通濾波器) 還原出音頻去調(diào)制高頻末級(jí)功率放大器。

2.2 1kW全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)系統(tǒng)常見(jiàn)故障原因分類

（1）外部因素引發(fā)的故障。例如：外電，雷擊引起的發(fā)射機(jī)器件損壞引發(fā)的故障；

（2）設(shè)備自身故障。例如：器件質(zhì)量缺陷、元器件過(guò)壓擊穿、過(guò)流燒毀或存在漏電現(xiàn)象，接插件接觸不良，浪涌電壓等造成的集成電路器件損壞等引發(fā)的故障；

（3）人為操作不當(dāng)引發(fā)的故障。例如：槽路匹配調(diào)整不當(dāng)、檢測(cè)中帶電測(cè)試誤短接、器件更換方法不當(dāng)受損等引發(fā)的故障。

故障通常有兩種表現(xiàn)形式，一種是顯性故障，故障現(xiàn)象明顯，無(wú)論有無(wú)故障指示，發(fā)射機(jī)不能正常運(yùn)行；另一種為隱性故障，故障現(xiàn)象隨機(jī)，時(shí)有時(shí)無(wú)，故障出現(xiàn)時(shí)發(fā)射機(jī)不能正常運(yùn)行。

2.3 全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)常見(jiàn)故障檢修思路

熟練掌握發(fā)射機(jī)的原理，了解設(shè)備相關(guān)運(yùn)行參數(shù)，是維修人員排除設(shè)備故障的基礎(chǔ)。在全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)故障維修中，首先要了解和分析故障現(xiàn)象，由現(xiàn)象大體判斷產(chǎn)生故障的單元，進(jìn)行故障部位的定位，縮小故障排查的范圍。有時(shí)還要重點(diǎn)檢查電路的接插件，防止因接插件連接松動(dòng)、損壞以及接觸不良等導(dǎo)致故障。采用替代法，用同類型功能的單元小盒替換故障部件，可以快速找到故障部位，提高維修效率。

3.一起無(wú)功率輸出故障現(xiàn)象及檢修

3.1 故障現(xiàn)象

圖1 故障時(shí)主機(jī)顯示屏模擬量狀況量參數(shù)

檢修案例：ZF-1B1kW全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)運(yùn)行中突現(xiàn)無(wú)輸出功率現(xiàn)象，查看主機(jī)顯示屏故障記錄，顯示一切正常，無(wú)故障報(bào)警。值班人員認(rèn)為可能是外電跌落或瞬間過(guò)載保護(hù)引發(fā)關(guān)機(jī)，手動(dòng)重新開(kāi)機(jī)，加高壓后，開(kāi)播出仍無(wú)功率輸出，顯示(0)w。查看顯示屏有關(guān)狀況指示正常，模擬量參數(shù)除了輸出功率外其它參數(shù)顯示正常，觀察發(fā)射機(jī)其它功能單元外部指示燈也無(wú)異常，重復(fù)關(guān)機(jī)再開(kāi)機(jī)后故障現(xiàn)象依舊。故障時(shí)主機(jī)顯示屏模擬量狀況量參數(shù)如圖1所示。

3.2 故障檢修

據(jù)發(fā)射機(jī)工作原理，載波功率輸出在發(fā)射機(jī)末級(jí)，前端任一個(gè)單元如激勵(lì)器、調(diào)制器、中間放大、功放模塊及末級(jí)槽路匹配有故障均會(huì)造成無(wú)功率輸出。

首先，我們將故障發(fā)射機(jī)接假負(fù)載進(jìn)行檢修。開(kāi)低壓電源觀察，低壓電源指示燈顯示一切正常，開(kāi)高壓有繼電器吸合聲響，顯示屏高壓參數(shù)數(shù)值指示正常，再閉合播出開(kāi)關(guān)觀察顯示屏功率輸出指示，顯示為0W數(shù)值，調(diào)節(jié)脈寬旋鈕沒(méi)有改變。

顯示0W數(shù)值通常是某處單元電路狀態(tài)改變或故障，控制器執(zhí)行了調(diào)制封鎖指令，此類情況通常在顯示屏狀態(tài)量圖應(yīng)有故障指示，如功放溫度，門(mén)開(kāi)關(guān)，駐波比保護(hù)等，但現(xiàn)在所有狀態(tài)顯示正常，顯然發(fā)射機(jī)無(wú)功率輸出是某處單元電路出現(xiàn)故障。

然后，我們?cè)谛輽C(jī)時(shí)采用更換同類型發(fā)射機(jī)對(duì)應(yīng)單元小盒作替代檢修，先后依次更換了功放模塊板、調(diào)制器、中間放大及低壓電源單元小盒和激勵(lì)器，故障依舊。由此，我們判斷故障不在單元小盒，而是由發(fā)射機(jī)處于調(diào)制封鎖狀態(tài)所致。用線排將調(diào)制器小盒移出，檢測(cè)外部調(diào)制封鎖電平。調(diào)制器小盒有兩路外部輸入調(diào)制封鎖，一路從單片機(jī)控制器來(lái)，另一路從輸出監(jiān)測(cè)取樣板駐波比保護(hù)電路來(lái)。開(kāi)機(jī)測(cè)量脈寬調(diào)制封鎖電平，發(fā)現(xiàn)駐波比保護(hù)電路有低電平封鎖。往前進(jìn)一步查找輸出監(jiān)測(cè)駐波比保護(hù)電路，發(fā)現(xiàn)輸出監(jiān)測(cè)駐波比保護(hù)電路板有一只發(fā)光管亮度偏暗，查看圖紙為5V穩(wěn)壓電壓指示燈，檢測(cè)該電壓偏低。拆下輸出駐波比保護(hù)電路板，觀察電路板器件無(wú)明顯損壞，但5V穩(wěn)壓塊管腳有虛焊，重新補(bǔ)焊安裝后開(kāi)低壓，測(cè)量電壓和觀察發(fā)光管亮度都正常。

駐波比保護(hù)電路板發(fā)現(xiàn)的管腳虛焊引起5V穩(wěn)壓偏低導(dǎo)致調(diào)制器封鎖，是造成發(fā)射機(jī)無(wú)功率輸出的原因。但排除5V穩(wěn)壓塊管腳虛焊故障后，開(kāi)機(jī)仍然無(wú)功率輸出，并有駐波比保護(hù)故障指示，于是懷疑是否是脈寬超限功率大了出現(xiàn)保護(hù)。將脈寬調(diào)制旋鈕調(diào)至最小位置，重新開(kāi)機(jī)觀察，還是無(wú)功率輸出也無(wú)駐波比保護(hù)故障指示，稍加脈寬調(diào)制旋鈕立刻出現(xiàn)駐波比保護(hù)，發(fā)射機(jī)故障燈亮報(bào)警，關(guān)閉總電源重新開(kāi)機(jī)故障依舊，功率輸出0W，至此通過(guò)常規(guī)檢修未能排除故障。

該故障現(xiàn)象是無(wú)功率，是由駐波比保護(hù)產(chǎn)生的調(diào)制封鎖造成的，找到駐波比保護(hù)的原因就能解決問(wèn)題。之前，通過(guò)發(fā)射機(jī)使用假負(fù)載，排除了外部干擾原因，經(jīng)各單元小盒互換也未排除故障，檢查發(fā)射機(jī)末級(jí)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，元器件之間的接插件連接牢固，器件表面無(wú)變色和打火痕跡，唯有懷疑取樣監(jiān)測(cè)駐波比保護(hù)電路板工作異常。

監(jiān)測(cè)駐波比保護(hù)電路板從輸出端進(jìn)行射頻電壓取樣和射頻電流取樣，完成電壓駐波比保護(hù)和入射/反射功率監(jiān)測(cè)等功能。它包括兩個(gè)取樣變壓器和一些阻容器件，取樣變壓器的次級(jí)繞組上產(chǎn)生射頻電流取樣信號(hào)在取樣電阻上產(chǎn)生一個(gè)與電流成比例的電壓信號(hào)，送到輸出監(jiān)測(cè)板中的定向耦合器電路輸入端，電容分壓電路采樣的電壓輸出到監(jiān)測(cè)板定向耦合器電路另一端。當(dāng)發(fā)射機(jī)的匹配網(wǎng)絡(luò)與天線系統(tǒng)正確調(diào)整時(shí)，位于輸出取樣板的阻抗應(yīng)是50＋j0Ω，電壓和電流同相位；當(dāng)匹配網(wǎng)絡(luò)或天線系統(tǒng)阻抗發(fā)生變化或產(chǎn)生電弧時(shí)，電壓和電流的相位關(guān)系就會(huì)發(fā)生變化，產(chǎn)生電壓駐波比故障。

廠家為了方便調(diào)試，在監(jiān)測(cè)電路板上設(shè)置有許多選項(xiàng)開(kāi)關(guān)和對(duì)應(yīng)播出不同頻率的元器件，如果選項(xiàng)開(kāi)關(guān)接觸不良或選用的元器件變質(zhì)，諧振發(fā)生改變都將產(chǎn)生不同的結(jié)果。我們先對(duì)拆下監(jiān)測(cè)電路板的一些焊點(diǎn)補(bǔ)焊以防虛焊，然后清潔選項(xiàng)開(kāi)關(guān)，檢測(cè)通斷狀態(tài)是否對(duì)應(yīng)，對(duì)可疑元器件測(cè)試，檢查電路板整體狀況，一切都未見(jiàn)異常。再次安裝回監(jiān)測(cè)電路板，再通電試機(jī)，故障依舊。

圖2 輸出監(jiān)測(cè)電路原理圖

經(jīng)分析，監(jiān)測(cè)電路板電路檢查未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，發(fā)射機(jī)無(wú)功率輸出由駐波比封鎖引起，一動(dòng)脈寬調(diào)制提升功率，駐波比保護(hù)封鎖燈就亮并發(fā)出故障報(bào)警。分析駐波比保護(hù)電路板工作原理，取樣電壓、取樣電流通過(guò)阻抗匹配比較電路產(chǎn)生，如果阻抗不匹配或電路有干擾均會(huì)產(chǎn)生駐波比保護(hù)封鎖，故懷疑駐波比保護(hù)電路有問(wèn)題。我們以減小駐波比為目標(biāo)，人為選擇器件改變駐波比保護(hù)匹配狀態(tài)，正常開(kāi)機(jī)然后逐步調(diào)整調(diào)制脈寬提升功率，在駐波比電路未產(chǎn)生超限動(dòng)作時(shí)，觀察顯示屏駐波比參數(shù)，此時(shí)人為分別改變監(jiān)測(cè)電路板選項(xiàng)開(kāi)關(guān)組合狀態(tài)，同時(shí)對(duì)照觀察顯示屏駐波比參數(shù)，看能否減小駐波比，在不出現(xiàn)超限報(bào)警條件下，只要駐波比減小就再提升功率。通過(guò)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)剛開(kāi)機(jī)在改變選項(xiàng)開(kāi)關(guān)后駐波比有減小，提升功率駐波比也增大，在輸出功率數(shù)值達(dá)到120W左右時(shí)，出現(xiàn)駐波比保護(hù)，繼續(xù)改變選項(xiàng)開(kāi)關(guān)駐波比不再減小，而輸出功率數(shù)值已達(dá)到120左右穩(wěn)定運(yùn)行。在查看顯示屏各類參數(shù)后突然有新發(fā)現(xiàn)，正常運(yùn)行的發(fā)射機(jī)滿功率狀態(tài)下反射功率不過(guò)幾瓦，現(xiàn)在120W低輸出功率反射功率就有幾瓦，原因還應(yīng)在發(fā)射機(jī)前端。由于主機(jī)前端各個(gè)單元換用的是備機(jī)的單元，是在備機(jī)使用正常狀況下?lián)Q到主機(jī)的。我們嘗試換回主機(jī)各單元小盒，于是恢復(fù)監(jiān)測(cè)電路板選項(xiàng)開(kāi)關(guān)狀態(tài)，在換回主激勵(lì)器開(kāi)機(jī)后，發(fā)現(xiàn)發(fā)射機(jī)輸出功率及狀態(tài)全部恢復(fù)正常，原來(lái)是備機(jī)激勵(lì)器損壞，工作頻率偏移導(dǎo)致駐波比保護(hù)封鎖，發(fā)射機(jī)無(wú)功率輸出。

4．故障原因分析

在用替代法檢修時(shí)，主機(jī)使用備機(jī)的激勵(lì)器，由于激勵(lì)器故障工作頻率偏移，導(dǎo)致駐波比保護(hù)封鎖，發(fā)射機(jī)無(wú)功率輸出。激勵(lì)器小盒中的振蕩信號(hào)源有內(nèi)激和外激，內(nèi)激由晶振產(chǎn)生，外激由同步激勵(lì)器產(chǎn)生，內(nèi)激和外激在激勵(lì)器小盒中自動(dòng)切換，外激優(yōu)先輸出射頻激勵(lì)信號(hào)。發(fā)射臺(tái)射頻激勵(lì)源通常采用發(fā)射機(jī)內(nèi)激，而備機(jī)激勵(lì)器在備機(jī)能正常使用，是因?yàn)閭錂C(jī)的內(nèi)激發(fā)現(xiàn)有頻率不穩(wěn)定漂移，為了安全加裝了外激同步信號(hào)，備機(jī)工作使用的是外激同步信號(hào)。而主機(jī)沒(méi)有加裝外激，內(nèi)激晶振信號(hào)剛通電尚穩(wěn)定，時(shí)間一長(zhǎng)就會(huì)發(fā)生頻偏，駐波比保護(hù)封鎖脈寬調(diào)制，出現(xiàn)無(wú)功率輸出故障。這起發(fā)射機(jī)無(wú)功率輸出故障的原因是穩(wěn)壓塊管腳虛焊，引起供電電壓下降，出現(xiàn)駐波比保護(hù)封鎖脈寬調(diào)制，進(jìn)而出現(xiàn)無(wú)功率輸出。但由于在替代法檢修時(shí)方法不當(dāng)，人為失誤造成了該起無(wú)功率輸出故障的假象，增加了故障判斷的難度。

5. 總結(jié)

這起發(fā)射機(jī)無(wú)功率輸出故障是由監(jiān)測(cè)電路板上穩(wěn)壓塊管腳虛焊引起，但其后由于在替代法檢修時(shí)方法不當(dāng)，使用備機(jī)激勵(lì)器造成了無(wú)功率輸出故障的假象，增加了故障判斷的難度，對(duì)此應(yīng)深刻吸取教訓(xùn)。發(fā)射機(jī)單元小盒存在故障，應(yīng)及時(shí)維修，一時(shí)修不了也要做標(biāo)記；同時(shí)要改變檢修習(xí)慣，用替代法檢修更換單元小盒尋找故障，在判斷無(wú)故障后應(yīng)及時(shí)換回原單元小盒。