KT-DF100A100KW短波發(fā)射機功率模塊故障分析

羅斌

【摘要】介紹KT-DF100A100KW短波發(fā)射機功率模塊工作原理，分析當(dāng)功率模塊燒壞出現(xiàn)故障的原因及對故障進行修復(fù)的方法。

【關(guān)鍵詞】功率開關(guān);絕緣柵雙極性晶體管（IGBT）模塊;瞬變抑制二極管;箝位二極管;反向二極管

中圖分類號：TN929 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.09.001

1. 前言

北京北廣科技有限公司生產(chǎn)的DF-100A型100KW短波廣播發(fā)射機是在國內(nèi)的短波發(fā)射臺主力機型，廣西954臺機房安裝了多臺這種機型的短波發(fā)射機。該機嚴格按照無線局《DF100A（418E/F）發(fā)射機自動化系統(tǒng)需求》和《DF100A（418E/F）發(fā)射機自動化系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》文件的要求進行設(shè)計，其設(shè)計功能齊全、可靠性高、性能穩(wěn)定。降低了值班員的勞動強度，有效的提高了安全播出質(zhì)量。但在長期使用和維護中不免出現(xiàn)一些故障。本文總結(jié)了短波發(fā)射機功率開關(guān)模塊比較典型的故障和檢修經(jīng)驗與大家分享。

2. 故障現(xiàn)象

模塊上的三相交流輸入指示燈（DS1）不亮，相應(yīng)的9A8、9A9狀態(tài)板指示燈滅。

模塊上的直流輸出指示打（DS2）不亮，相應(yīng)的9A8、9A9板狀態(tài)指示燈滅。

功率模塊引起的短期噪聲，相應(yīng)的9A8、9A9板狀態(tài)指示燈滅。如圖1所示

3. 工作原理

功率開關(guān)是一個脈寬調(diào)制單元，它的開關(guān)頻率能達到10KHz，并為它的負載提供平均2.1KW的功率，功率開關(guān)在上升和下降沿少400ns時間提供700V的脈沖。48個功率開關(guān)以串聯(lián)形式形成一個100或150KW的固態(tài)調(diào)制器。圖1表明了功率開關(guān)的電氣連接。

功率開關(guān)由E1、E2和E3接入三相500V（有效值）電源。RVI、RV2和RV3是壓敏電阻，用于在外電變化時對功率開關(guān)進行保護，通過使用三組雙二極管模CR2、CR4和CR6實現(xiàn)三相全波整流。整流輸出的儲能是由電容C3和C4完成的，電阻R3和R4作為這兩個電容的分壓器，DS1是電容器上電壓維持情祝的指示器。變壓器T1和12都足降壓變壓器，為A1提供兩組相互隔離的12V（有效值）電壓。

Q1是一對絕緣柵雙極性晶體管（IGBT）模塊。兩個管子都具有Vce≥1000V直流和Ic=50A連續(xù)工作的額定值。集電極管腳為3的那個晶體管稱為AC管，第二個集電極管腳為1的晶體管稱為DC管。兩個晶體管的門極是通過R8和R7加偏置的，并且分別由瞬變抑制二極管（CR9和CR7）和箝位二極管（CR10和CR8）進行保護。每一個晶體管的門極都是由電路板A1，即功率開關(guān)控制板進行控制的。在功率開關(guān)正常的情況下，AC管向DC管提供700V的電壓，并且由DC管控制這700V電壓的合斷，以構(gòu)成本塊功率模塊的輸出脈沖電壓。

CR11是一只反向二極管，它跨接在功率開關(guān)的輸出端，這只二極管反向耐壓為1000V，正向電流為50A以及小于100ns恢復(fù)時間的額定值。反向二極管使得功率開關(guān)串接，并使調(diào)制器的負載電流繞過未接通的功率開關(guān)。

功率開關(guān)具有對內(nèi)部故障進行檢測，并且將本級模塊從固態(tài)調(diào)制器電路中移開的能力。如果DC管出現(xiàn)短路或開路故障，在A1電路板上的一個相位鑒別器（檢測器）將會識別出這類故障，并且將AC管關(guān)斷。由于將AC管關(guān)斷了，這塊有毛病的功率開關(guān)就從調(diào)制器的電路脫開了。這個開關(guān)的去除也將被調(diào)制器的控制器識別出，由控制器把這個有故障的開關(guān)脫開。如果功率開關(guān)在輸出端短路了，那么在E4～E11之間跨接的那些電阻性的導(dǎo)線兩端的電壓將升高。這個增加的電壓將使A1板上（通過R5和R6）的一個光電隔離管導(dǎo)通，由此將關(guān)斷DC晶體管。如果這個短路現(xiàn)象持續(xù)著，相位檢測電路將被觸發(fā)，使得這個功率開關(guān)從調(diào)制器電路中脫開。

電阻R12和R13是A1電路板中的電壓/頻率轉(zhuǎn)換電路中的一部分，R9、R10和R11是前面提到的相位檢測電路中的一部分。如圖2所示

4. 故障原因及分析

一般為保險或壓敏電阻爆，壓敏電阻是半導(dǎo)體器件，有齊納二極管的特性。當(dāng)壓敏電阻的泄流達到一定值時將發(fā)熱，進一步促使泄流增大，形成惡性循環(huán)，導(dǎo)致壓敏電阻擊穿爆裂，交流延時保險爆，一般為整流橋擊穿損壞。

交流指示燈亮而直流指示燈不亮的故障，最多為給控制板的供電回路中保險F1、F2，變壓器T1、T2損壞，有時也IGBT擊穿，控制板損壞。

光纖通訊故障。功率控制板的工作原理可簡述為：加高壓后，當(dāng)模塊控制板的電壓檢測電路（U2/LM393）檢測到正常供電電壓，保護管（AC管）將導(dǎo)通，由U3（AD654JN）組成的壓控振蕩器產(chǎn)生約37MHz的方波信號，經(jīng)DS1轉(zhuǎn)換成光信號通過光纖送到9單元，表示該功率模塊正常，循環(huán)調(diào)制器也將發(fā)出指令打開該開關(guān)管;在無過流和接收閉合開關(guān)管（DC管）指令后，開關(guān)管將導(dǎo)通，輸出700V的脈沖電壓。若光纖及光接收出現(xiàn)故障，光接收（U8）將輸出高電平，它一方面經(jīng)U11B、U11D和U5去關(guān)斷開關(guān)管，另一方面使失步保護補充電路開始延時，約110秒后U10-5輸出高電平，經(jīng)U9C，場效應(yīng)管Q1等去關(guān)斷AC保護管，當(dāng)AC保護管導(dǎo)通時，壓控振蕩器的輸入端第3腳得到-3.7V的電壓信號，壓控振蕩器U3輸出正常的37KHz方波信號。但因光纖或光接收故障，將出現(xiàn)開關(guān)管應(yīng)該閉合而實際沒有閉合的現(xiàn)象，只有經(jīng)過110秒延時后，由U9C輸出的高電平，關(guān)斷AC保護管，壓控振蕩器才停振，停止向9單元發(fā)送37KHz的信號，停用該級PSM開關(guān)。在無調(diào)制狀態(tài)下，模塊的開關(guān)頻率約為70KHz，發(fā)射機輸出載波功率為100KW時閉合的模塊數(shù)約為21塊，參加循環(huán)的功率模塊為48塊，所以在這110秒的延時時間內(nèi)，相當(dāng)于產(chǎn)生了一個頻率約為70KHz/48≈1.46KHz的附加調(diào)制，調(diào)輻度約為700/（21X700）≈4.76%。由以上分析可知道，每次加高壓后都會出現(xiàn)這種現(xiàn)象。

5. 故障處理

停機后拆下不工作的功率模塊，除了正常觀察電容、電阻是否爆開，常處理檢修的就是保險電阻通斷;變壓器T1和T2初級和次級是否開路;IGBT是否被擊穿;三相交流整流橋二極管是否擊穿;光纖回路是否能正常工作，加固或更換新光纖接頭;功率開關(guān)控制板（一般為AD654JN壞）。

6. 總結(jié)

在日常的機器維護工作中，保持機房的工作環(huán)境室溫，查看機房空調(diào)能否正常制冷，做好圍網(wǎng)PSM區(qū)的清潔工作，檢查PSM風(fēng)機的工作狀態(tài)，使其有足夠冷卻風(fēng)量，增加對發(fā)熱元器件的冷卻，避免半導(dǎo)體器件的熱擊穿;檢查高電壓，大電流的接口，查看螺絲級接頭是否擰緊，有無接觸不良、發(fā)熱發(fā)黑現(xiàn)象，檢查光纖是否正常及功率開關(guān)控制板是否正常，不正常時要及時更換，保證發(fā)射機正常工作。