DF100A型PSM短波發(fā)射機(jī)功率開關(guān)模塊的介紹與典型故障分析

摘? 要：功率開關(guān)模塊是一個(gè)脈沖寬度調(diào)制單元，是DF100A型PSM短波發(fā)射機(jī)中重要的組成部分，在對(duì)發(fā)射機(jī)的日常維護(hù)中，它是重要的部分之一。文章對(duì)功率開關(guān)模塊的工作原理進(jìn)行了深入地研究，對(duì)功率開關(guān)模塊的組成進(jìn)行詳細(xì)地介紹，并結(jié)合日常工作中發(fā)現(xiàn)的故障，從電路原理上對(duì)典型故障進(jìn)行分析，給出處理方法。對(duì)發(fā)射機(jī)日常維護(hù)具有很好的參考作用。

關(guān)鍵詞：DF100A;功率開關(guān)模塊;功率控制板;故障分析

中圖分類號(hào)：TN303 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2096-4706（2022）04-0066-04

The Introduction and Typical Fault Analysis of Power Switch Module of Type DF100A PSM Short-Wave Transmitter

XU Qian

（National Radio and Television Administration 761， Yongan? 366025， China）

Abstract： The power switch module is a pulse width modulation unit， it is an important part of type DF100A PSM short-wave transmitter， and it is one of the important parts in the daily maintenance of transmitter. This paper studies the working principle of power switch module deeply， introduces the composition of power switch module in detail， and combines with the faults founded in the daily work， analyzes typical faults from the principle of circuit， and gives the treatment method. It plays a good reference role in transmitter routine maintenance.

Keywords： DF100A; power switch module; power control panel; fault analysis

0? 引? 言

DF100A型短波發(fā)射機(jī)的調(diào)制方式是脈沖階梯調(diào)制（PSM），就是將屏極調(diào)幅發(fā)射機(jī)的主整電源與調(diào)幅器合二為一，并且把主整電源化整為零。這種調(diào)幅方式能有效地降低成本，節(jié)約能耗，極大地改善了電聲指標(biāo)，提高了可靠性。DF100A型PSM短波發(fā)射機(jī)共使用50塊功率開關(guān)模塊，其中48塊為屏極功率開關(guān)模塊，剩下2塊為簾柵極功率開關(guān)模塊。屏極使用48個(gè)較低電壓的模塊電源取代一個(gè)高壓直流電源，脈沖階梯調(diào)制器輸出一個(gè)在直流分量上疊加了音頻分量的調(diào)制電壓，它是隨著功率開關(guān)模塊的合斷而形成的階梯形電壓，再經(jīng)過低通濾波器后作為高末的屏極電壓。因此，功率開關(guān)模塊在PSM短波發(fā)射機(jī)中起著極其重要的作用。因使用的數(shù)量多，并且隨著播音時(shí)長的增加，故障率明顯增加，功率開關(guān)模塊的消耗量逐步增大，然而庫存有限，因此，了解功率開關(guān)模塊的組成和工作原理、查找故障原因、對(duì)故障模塊進(jìn)行維修是發(fā)射機(jī)房日常工作中重要的項(xiàng)目。

1? 功率開關(guān)模塊的工作原理

高末屏極功率開關(guān)模塊與高末簾珊功率開關(guān)模塊的工作都是通過調(diào)制器控制器來控制，圖1為調(diào)制器控制器與功率開關(guān)模塊的工作框圖。高末屏極功率開關(guān)模塊的供電是由調(diào)制器變壓器提供的三相500 V交流電壓，在模塊的主電路中經(jīng)過整流、濾波最后輸出700 V直流電壓，48個(gè)模塊是串聯(lián)的形式為高末屏極供電，而高末屏極的供電電壓是14 kV，則發(fā)射機(jī)在載波狀態(tài)下需要合上20塊，當(dāng)發(fā)射機(jī)滿調(diào)幅時(shí)需要合上42塊功率開關(guān)模塊，剩下6塊充當(dāng)備份，48塊模塊循環(huán)投入使用，由調(diào)制器控制器中的環(huán)形調(diào)制器控制。主要工作原理為，由直流、音頻、三角波合成的復(fù)合信號(hào)經(jīng)過調(diào)制器控制器中的快速變換器加工后形成A信號(hào)，表示要求合上多少級(jí)功率開關(guān)模塊。功率開關(guān)模塊輸出37 kHz的信號(hào)點(diǎn)亮發(fā)光二極管，光信號(hào)通過光纜傳到調(diào)制器控制器中的光接收器中，光接收器又將信號(hào)傳送到狀態(tài)板，由狀態(tài)板輸出一個(gè)Z信號(hào)，反映的是有多少級(jí)功率開關(guān)模塊被合上，然后A信號(hào)和Z信號(hào)在環(huán)形調(diào)制器里比較，判斷需要繼續(xù)合上還是斷開功率開關(guān)模塊，信號(hào)通過光發(fā)射器再經(jīng)過光纜控制功率開關(guān)模塊的合斷。兩塊高末簾柵功率開關(guān)模塊采用PDM方式供電，且同時(shí)合斷，為其供電是高末簾柵變壓器輸出的三相460 V交流電壓，經(jīng)過整流、濾波后輸出600 V直流電壓，兩塊高末簾柵功率開關(guān)模塊輸出1200 V電壓，載波情況下的占空比為0.667，因此高末簾柵壓的平均值為800 V，由音頻通路板控制。

2? 功率開關(guān)模塊的組成

一個(gè)功率開關(guān)模塊主要分為主板部分與功率控制板部分，如圖2所示，主板部分主要由電源、電子開關(guān)、空轉(zhuǎn)二極管三個(gè)部分組成。電源部分同時(shí)給主板與功率控制板提供電源，三相500 V交流電經(jīng)過由三相橋式整流電路組成的整流器形成的直流電壓，再經(jīng)過由濾波電容、泄放電阻等組成的濾波器后輸出700 V直流電壓供給下一級(jí)，其中還并聯(lián)了一個(gè)由發(fā)光二極管DS1組成的指示燈電路，用來指示功率模塊電源的工作狀態(tài);控制板電源主要由兩套輔助整流器組成，由兩相230 V交流電經(jīng)過兩個(gè)串聯(lián)的變壓器T1、T2，然后經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓后輸出12 V直流電壓，分別為AC管與DC管提供控制電源。78B3293E-D178-40C9-B86C-84410D402017

功率開關(guān)模塊直流電壓的輸出受控于電子開關(guān)Q1，即IGBT，它是絕緣柵雙極型晶體管，有著開關(guān)速度快、散熱穩(wěn)定、安裝與維修簡單等特點(diǎn)。IGBT由兩個(gè)復(fù)合晶體管組成，臨近負(fù)載的是DC管，也稱開關(guān)管，由它來決定功率開關(guān)模塊是否輸出電壓。臨近于電源的是AC管，也稱保護(hù)管，當(dāng)DC管正常工作時(shí)，AC管保持閉合，當(dāng)DC管故障，AC管則斷開。

空轉(zhuǎn)二極管的作用是當(dāng)功率開關(guān)模塊正常工作時(shí)，負(fù)載電流由電子開關(guān)導(dǎo)通，只有當(dāng)本級(jí)功率開關(guān)模塊停用時(shí)，空轉(zhuǎn)二極管才為負(fù)載電流提供通路。空轉(zhuǎn)二極管上并聯(lián)了一個(gè)由發(fā)光二極管DS2組成的指示燈電路，當(dāng)本級(jí)功率開關(guān)模塊工作正常時(shí)，指示燈正常發(fā)光，當(dāng)功率開關(guān)模塊停用時(shí)，則指示燈滅。

功率控制板主要由開關(guān)管控制電路、保護(hù)管控制電路、同步與失步保護(hù)電路、開關(guān)狀態(tài)檢測(cè)電路和失步保護(hù)補(bǔ)充電路組成。當(dāng)開關(guān)管控制電路接收到合的信號(hào)時(shí)，就會(huì)輸出一個(gè)高電平到DC管的門極使其導(dǎo)通，開關(guān)管控制電路還包含一個(gè)由過載保護(hù)拾電鎳阻絲組成的過流保護(hù)電路，當(dāng)過載電流達(dá)到整定值30 A時(shí)，其兩端的電壓上升至0.75 V，從而使開關(guān)控制電路拉開DC管;保護(hù)管控制電路的作用是當(dāng)外電瞬時(shí)降低時(shí)，可以防止立即輸出信號(hào)拉開AC管進(jìn)而防止拉開DC管。當(dāng)外電長時(shí)間異常時(shí)，保護(hù)管控制電路就會(huì)發(fā)出信號(hào)拉開AC管進(jìn)而拉開DC管;同步與失步保護(hù)電路是由三異或門組成的電路，同步保護(hù)就是在DC管正常工作的情況下，電路中的一個(gè)異或門的兩個(gè)輸入端電位始終相同，從而維持AC管的導(dǎo)通。當(dāng)DC管故障時(shí)啟用失步保護(hù)，輸出信號(hào)把AC管拉開，在未經(jīng)修理后重新合電，這一級(jí)開關(guān)依然會(huì)處于停用狀態(tài);開關(guān)狀態(tài)檢測(cè)電路是用來檢測(cè)AC管的工作狀態(tài)，并控制發(fā)光二極管DS1的亮滅，光信號(hào)通過光纜傳送到調(diào)制器控制器中，使其控制狀態(tài)燈的亮滅與調(diào)配功率開關(guān)模塊的合斷;失步保護(hù)補(bǔ)充電路是為了防止當(dāng)光纜接頭、或光纜有故障時(shí)，與之對(duì)應(yīng)的模塊合不上又甩不開，使總輸出電壓的交流紋波加大，雜音變壞。因此當(dāng)光纜出現(xiàn)故障時(shí)，110 s后失步保護(hù)補(bǔ)充電路就會(huì)使對(duì)應(yīng)的功率開關(guān)模塊處于停用狀態(tài)。

3? 功率開關(guān)模塊的典型故障分析

故障現(xiàn)象一：發(fā)射機(jī)加高壓時(shí)，狀態(tài)板上的某塊指示燈不亮。

故障分析與處理：如圖3所示，先合高壓觀察功率開關(guān)模塊中的DS1指示燈是否發(fā)光，若其不發(fā)光表示模塊前級(jí)的供電部分或者是模塊內(nèi)部電源部分發(fā)生故障，模塊內(nèi)部的電源部分故障最常體現(xiàn)在保險(xiǎn)管燒斷或壓敏電阻炸裂，也是肉眼可以觀察到的，若沒有明顯燒斷現(xiàn)象，則可以先換下功率開關(guān)模塊，過后再測(cè)量電源部分的其他元器件;若更換模塊后DS1指示燈還是不亮，則是給模塊供電的部分發(fā)生故障，測(cè)量調(diào)制變壓器輸出的電壓和模塊的輸入電壓，確定是調(diào)制變壓器發(fā)生故障還是其與模塊的連接線發(fā)生故障;若DS1指示燈亮，則觀察DS2指示燈是否正常發(fā)光，若DS2指示燈正常發(fā)光，則故障可能發(fā)生在狀態(tài)板指示燈電路;若DS2指示燈滅，為了快速確認(rèn)故障部位可將相鄰模塊的光纜對(duì)換，若對(duì)換光纜后故障指示燈序號(hào)一樣，則說明故障發(fā)生在光纜;若故障的指示燈序號(hào)變化，恢復(fù)光纜后更換模塊的控制板，若故障現(xiàn)象消失，則為功率控制板故障;若故障現(xiàn)象依舊，則可能是AC管開路或者控制板電源部分發(fā)生故障，可先換下功率開關(guān)模塊，過后用萬用表進(jìn)行測(cè)量查找故障點(diǎn)。經(jīng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)在主板中的故障主要由于IGBT擊穿。

故障現(xiàn)象二：閃外電后，狀態(tài)板指示燈大量熄滅。

故障分析與處理：如圖4所示，AC管控制電路所示，正常情況下，+12 V的控制電經(jīng)過兩個(gè)電阻的分壓使U2的同相輸入端輸入6 V的電壓，反相端經(jīng)過R3的壓降使穩(wěn)壓二極管負(fù)端的電壓箝位在5.1 V。由于閃外電造成外電過低，導(dǎo)致U2的同相輸入端輸入電壓小于反相輸入端的5.1 V輸入電壓，使U2輸出低電平，低電平信號(hào)送至RS觸發(fā)器的置位端，使Q端輸出高電平，再經(jīng)反相器U5后輸出低電平至AC管，使AC管斷開、本級(jí)功率開關(guān)模塊停用，狀態(tài)板對(duì)應(yīng)的指示燈滅。這種情況下如果沒有達(dá)到停播的界限，則繼續(xù)維持播音;如果達(dá)到停播的界限，應(yīng)當(dāng)重新加高壓使模塊重新啟用。

故障現(xiàn)象三：發(fā)射機(jī)加高壓時(shí)，狀態(tài)板指示燈1 s后滅。

故障分析與處理：最常見是由于失步保護(hù)電路引起，如圖4中三個(gè)異或門組成的失步保護(hù)電路所示，當(dāng)DC管擊穿時(shí)，C點(diǎn)為高電位，D點(diǎn)為低電位，因此E點(diǎn)為高電位，此時(shí)F為低電位，因此G點(diǎn)為高電位，光纜無故障時(shí)I點(diǎn)為低電位，因此H點(diǎn)為高電位，使得Q1導(dǎo)通，U7的二極管發(fā)光、三極管導(dǎo)電，從而使U2輸出低電平，RS觸發(fā)器的Q端輸出高電平，經(jīng)反相器U5后輸出低電平，拉開AC管，此級(jí)功率開關(guān)模塊停用，狀態(tài)板相應(yīng)指示燈滅;當(dāng)DC管斷路時(shí)，C點(diǎn)與D點(diǎn)同為高電位，因此E點(diǎn)為低電位，此時(shí)F為高電位，因此G點(diǎn)為高電位，由于I點(diǎn)為低電位，因此H點(diǎn)為高電位，使Q1導(dǎo)通，與上面情況相同，最后拉開AC管，此級(jí)功率開關(guān)模塊停用，狀態(tài)板相應(yīng)指示燈滅。在異或門U9b到U9c之間設(shè)置了一個(gè)延時(shí)電路，延時(shí)為：t=RC=100×10?×10×10-6 =1 s，因此發(fā)射機(jī)加高壓時(shí)，狀態(tài)板指示燈1 s后滅。這時(shí)應(yīng)當(dāng)更換功率控制板。

故障現(xiàn)象四：發(fā)射機(jī)加高壓時(shí)，高末簾柵電壓下降，音頻通路板9A4簾柵狀態(tài)燈1#滅。

故障分析與處理：高末簾柵電壓下降說明兩個(gè)簾柵功率控制模塊中有一塊沒有正常工作。這種情況可以根據(jù)圖3的流程，對(duì)簾柵狀態(tài)1#燈所代表的功率開關(guān)模塊進(jìn)行故障排查，觀察外觀有無明顯打火痕跡，DS1、DS2指示燈是否亮，更換功率控制板，查看故障現(xiàn)象是否依舊等方法來判定故障點(diǎn)。

4? 結(jié)? 論

本文介紹了功率開關(guān)模塊的基本組成與模塊在發(fā)射機(jī)運(yùn)行時(shí)的工作原理，列舉了幾個(gè)最常見的故障并且從原理上對(duì)故障進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)功率開關(guān)模塊的故障大部分是因?yàn)楣β士刂瓢骞收匣蛘唠娮娱_關(guān)擊穿。在研究中增強(qiáng)了對(duì)功率開關(guān)模塊的了解，有助于日常工作，也便于對(duì)模塊的檢修和維護(hù)，出現(xiàn)故障時(shí)對(duì)故障點(diǎn)的查找也起了有利的作用。

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作者簡介：徐倩（1993—），女，漢族，福建南平人，助理工程師，本科，研究方向：電子發(fā)送。78B3293E-D178-40C9-B86C-84410D402017