影響大功率短波調(diào)幅發(fā)射機(jī)功率的因素分析

索朗次仁

（作者單位：西藏自治區(qū)廣播電視局033臺）

有效應(yīng)用大功率短波調(diào)幅發(fā)射機(jī)，能夠?qū)Πl(fā)射機(jī)技術(shù)性能及其工作情況進(jìn)行全面反映，同時在設(shè)計和應(yīng)用發(fā)射機(jī)時，需要遵循相關(guān)要求和標(biāo)準(zhǔn)，確保其運(yùn)行效果。但發(fā)射機(jī)在實(shí)際應(yīng)用過程中會受到部分因素的影響，出現(xiàn)功率降低和高末直流屏壓不足等問題，無法保證短波發(fā)射機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因此需要對導(dǎo)致發(fā)射機(jī)功率降低的因素進(jìn)行深入研究。

1 大功率短波調(diào)幅發(fā)射機(jī)概述

大功率短波調(diào)幅發(fā)射機(jī)采用振幅調(diào)制方式，以短波波段進(jìn)行信息發(fā)送，具有人性化和操作簡單等特點(diǎn)。大功率短波調(diào)幅發(fā)射機(jī)由激勵器、接口電路及開關(guān)電源等主要部件組成，其中，激勵器作為射頻信號源頭，能夠在頻率生成狀態(tài)下，形成調(diào)制信號，并將信號傳送至下一功放單位[1]。對更換前后的發(fā)射機(jī)功率板塊、設(shè)備和控制板進(jìn)行比較分析可以看出，如果出現(xiàn)高末直流屏壓不足的情況，開關(guān)電源能夠?yàn)榘l(fā)射機(jī)提供充足的電源，保障其正常運(yùn)行。另外，開關(guān)電源還具備警示功能，在發(fā)射機(jī)出現(xiàn)高溫高壓故障時，可以降低或避免不必要的損失。

目前，此發(fā)射機(jī)廣泛應(yīng)用于廣播電視臺的信號傳輸，主要利用PSM技術(shù)對電壓進(jìn)行有效控制和調(diào)節(jié)，但在長期高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)會使其所使用的濾波電解電容降低，并對設(shè)備運(yùn)行效率產(chǎn)生不利影響。所以，要對影響發(fā)射機(jī)功率的因素進(jìn)行分析，切實(shí)提高發(fā)射機(jī)性能。

2 大功率短波調(diào)幅發(fā)射機(jī)功率影響因素分析

2.1 柵極電阻產(chǎn)生

功率模塊主要包含絕緣柵雙極型晶體管組成的電子開關(guān)、空轉(zhuǎn)二極管DF和低壓整流器，采用輸入、輸出端口串聯(lián)的方式對晶體管進(jìn)行組裝，兩個柵極具有場效應(yīng)管的電壓控制特性，其中，輸入、輸出端口對晶體管進(jìn)行保護(hù)并為晶體管提供開關(guān)功能。當(dāng)短波發(fā)射機(jī)處于正常運(yùn)行狀態(tài)時，開關(guān)管利用開關(guān)控制電路能夠?qū)w管進(jìn)行控制和疏通；當(dāng)保護(hù)管處于未導(dǎo)通狀態(tài)，并且晶體管處于閉合狀態(tài)時，其作用能夠充分發(fā)揮。而在發(fā)射機(jī)運(yùn)行過程中，容易忽視柵極電阻所產(chǎn)生的影響。在功率模塊運(yùn)行正常的情況下，晶體管會在一定程度上對輸出電壓造成影響，柵極電阻會干擾電容再充電，也會一定程度上干擾晶體管，所以柵極電阻是對功率模塊輸出電壓造成影響的主要因素。晶體管能夠控制功率模塊中輸出的電壓，同時其所具備的開關(guān)特性會對柵極電容再充電進(jìn)行響應(yīng)，并同時受到控制，而柵極電阻會對柵極電容再充電進(jìn)行影響和控制，進(jìn)而使外部電阻控制和影響晶體管的開關(guān)特性。

晶體管的開關(guān)管，在開關(guān)期間會不斷進(jìn)行放電和充電，其輸入電容也會發(fā)生變化，并且根據(jù)開關(guān)管關(guān)閉與導(dǎo)通期間受到柵極電阻控制時所產(chǎn)生的柵極電流脈沖幅值的大小，其充放電的時間也會發(fā)生變化。如在柵極電阻RG阻值降低時，柵極峰值電流會增加，同時會使關(guān)閉和導(dǎo)通時間縮短，開關(guān)損耗相應(yīng)降低。但柵極電阻阻值的不斷降低，會加快電流切換速度，需要進(jìn)一步考慮由此產(chǎn)生的電流上升率。由于柵極驅(qū)動電路中存在著雜散電感，開關(guān)管關(guān)斷或?qū)ǎ紩纬奢^高的上升電流，增加電磁干擾，對晶體管的開關(guān)特性產(chǎn)生影響，同時功率模塊中輸出脈沖電壓使得占空比降低。另外，隨著晶體管柵極電阻的不斷增加，導(dǎo)通時間相應(yīng)延長，導(dǎo)致占空比較高。而在設(shè)備正常運(yùn)行的狀態(tài)下，持續(xù)性的放電、充電會導(dǎo)致柵極電流值出現(xiàn)下降、上升等浮動變化，也會對柵極電阻的充放電時間造成影響。為避免對輸出電壓造成干擾，在更換功率模塊時，柵極電阻應(yīng)選用無諧振問題、電阻溫度系數(shù)小的膜電阻，并且應(yīng)采用并聯(lián)的方式來連接電阻，這樣當(dāng)出現(xiàn)故障時不會對設(shè)備正常運(yùn)行造成不利影響。另外，需要保證柵極電阻值盡可能最大，進(jìn)而有效提升輸出電壓空間占比、輸出電壓值。

2.2 開關(guān)狀態(tài)

大功率短波發(fā)射機(jī)功率模塊結(jié)構(gòu)中還包括兩條光纜，一條光纜能夠?qū)π盘栠M(jìn)行有效控制，進(jìn)而控制整個模塊，另一條光纜進(jìn)行信號運(yùn)輸和傳送。兩條光纜相互配合、有效協(xié)調(diào)，能夠保證在開關(guān)狀態(tài)下對電路信息進(jìn)行有效檢測，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對整個控制模塊運(yùn)行狀況的實(shí)時監(jiān)測。

在開關(guān)狀態(tài)下，對電路進(jìn)行檢測時能夠進(jìn)一步判斷電路的電壓值，可以在此基礎(chǔ)上對實(shí)際電壓與標(biāo)準(zhǔn)電壓之間的差距進(jìn)行估算，從而利用功率模塊對電壓輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保電壓能夠保持在穩(wěn)定電壓值附近。輸出電壓會存在一定波動，一旦輸出電壓發(fā)生變化，會導(dǎo)致電路中產(chǎn)生脈沖頻率和出現(xiàn)起伏現(xiàn)象，造成平均值發(fā)生相應(yīng)變化。而所提供的直流信號主要來自相對穩(wěn)定的電源，其電壓不會受到外電電壓的影響，即外電電壓發(fā)生改變，也不會對其電壓造成影響，所以外電電壓會受到功率模塊的影響，而發(fā)射機(jī)能夠自動調(diào)節(jié)自身電壓[2]。另外，通過相關(guān)測試可以看出，與額定電壓相比，外電電壓過高或過低，輸出的基準(zhǔn)電壓會根據(jù)外電壓升級比例產(chǎn)生一定的升降，而控制載波信號通常來自穩(wěn)壓電源，因此一般情況下其不會隨著外電壓升降比例而發(fā)生變化。在此情況下，一旦外電壓升高，會減少PSM功率模塊工作的個數(shù)；相反一旦外電壓降低，會增加PSM功率模塊工作的個數(shù)，進(jìn)而使發(fā)射機(jī)高末屏壓能夠進(jìn)行自動調(diào)整，保持額定數(shù)值。

3 大功率短波發(fā)射機(jī)功率構(gòu)造及其工作原理分析

此類發(fā)射機(jī)最容易出現(xiàn)故障問題的部位主要集中在開關(guān)部件。開關(guān)部件需要承受較大的電壓、電流，極可能出現(xiàn)故障，因此功率模塊開關(guān)也是發(fā)射機(jī)檢修與維護(hù)的重點(diǎn)。首先，需要對發(fā)射機(jī)構(gòu)造及工作原理加強(qiáng)了解，通常在發(fā)射機(jī)中所使用的開關(guān)為50組，在高末功放電子管上設(shè)置48組，其他的開關(guān)則在簾柵壓中加以運(yùn)用，還有兩個移相變壓器的次級繞組端分別與高末功電子管開關(guān)進(jìn)行連接，同時上述變壓器均采用380 V電壓，與電源之間存在約±15°的位移，使電源紋波大幅度降低，工作效率有效提升。其次，采用串聯(lián)的方式將48個開關(guān)進(jìn)行連接，確保機(jī)器任一開關(guān)打開時，其他開關(guān)都會產(chǎn)生相應(yīng)的反響，并且使用性能較高的絕緣門雙極晶體管作為所有開關(guān)的材料。運(yùn)用這種配置方式，能夠大幅度提升開關(guān)效率，并使操作更加簡單便捷。

所有開關(guān)上都設(shè)置了相應(yīng)的功率開關(guān)控制器，能夠?qū)β书_關(guān)所發(fā)送的指令進(jìn)行接收，并在接收后將其轉(zhuǎn)化。開關(guān)控制器能夠通過自我故障檢測，對設(shè)備加強(qiáng)保護(hù)，并且在檢測自身運(yùn)行狀態(tài)時，能夠采用一定的方式對其中存在的問題進(jìn)行呈現(xiàn)，有利于相關(guān)人員進(jìn)行核查和檢修[3]。

4 PSM短波功率模塊故障檢修及其維護(hù)措施

由于短波功率模塊需要長期在大功率狀況下運(yùn)行，極易受到外電突變、電磁波干擾以及電子器件老化等因素的影響，同時在發(fā)射機(jī)中存在較嚴(yán)重的發(fā)熱現(xiàn)象，容易導(dǎo)致異態(tài)損壞的情況出現(xiàn)。這也是短波發(fā)射設(shè)備故障檢修的重點(diǎn)。

4.1 模塊維護(hù)

為確保功率模塊能夠正常運(yùn)行，在進(jìn)行維護(hù)和檢修的過程中，需要重視外觀除塵工作，保證外觀無塵、清潔，這也是功率模塊日常維修保養(yǎng)中的基礎(chǔ)工作。由于此模塊通常暴露在外部環(huán)境中，安裝于機(jī)箱外側(cè)，再加上運(yùn)轉(zhuǎn)散熱的影響，極容易吸引灰塵附著，影響其散熱功能，在一定程度上腐蝕模塊的焊點(diǎn)、元器件等，縮短其使用壽命，使元器件短路故障發(fā)生概率大幅度提高，并對插接件質(zhì)量產(chǎn)生不利影響，最終影響整個模塊的正常運(yùn)行和使用壽命。所以，在日常維護(hù)中，首先，需要利用毛刷對模塊進(jìn)行徹底清潔除塵，同時由于元器件線路板較為密集，還可使用吹風(fēng)機(jī)進(jìn)行清潔。其次，在清潔過程中，在設(shè)備有效除塵的前提下，還應(yīng)保證設(shè)備線路、元器件的完整性，有效提升元器件之間的隔離度，增強(qiáng)設(shè)備絕緣性，有效防止短路故障發(fā)生。最后，耗時較長、抹布除塵不便的部位，可通過吸塵器進(jìn)行吸塵清潔，并根據(jù)實(shí)際情況，合理選擇吸塵器風(fēng)量大小和頭端，有效提升清潔效率和質(zhì)量。

4.2 模塊故障檢修

當(dāng)功率模塊啟動時，出現(xiàn)開關(guān)管光信號中斷的現(xiàn)象，極可能是因?yàn)楣饫|發(fā)生故障，導(dǎo)致保護(hù)管拉起，該功率模塊的開關(guān)裝置無法正常運(yùn)行，處于停工狀態(tài)。在此狀況下，可使用醫(yī)用酒精進(jìn)行檢修。醫(yī)用酒精作為檢修常用的重要清潔劑，不會對元器件功能、性狀造成影響，具有容易揮發(fā)、去污力較強(qiáng)的特點(diǎn)。在實(shí)際檢修過程中，可使用醫(yī)用酒精定期對光纜頭進(jìn)行徹底清潔，然后要對光纜進(jìn)行檢查，確認(rèn)其是否出現(xiàn)變形的情況，避免因光纖彎曲而對光信號傳輸造成不利影響。另外，電路板元器件也應(yīng)用酒精進(jìn)行擦洗，去除所有污垢，保證模塊元件接觸性良好[4]。

在模塊故障檢修時，首先可采用觀察法對功率模塊的好壞進(jìn)行判斷，如模塊兩個可亮二極管顯示全亮，則表示此模塊運(yùn)轉(zhuǎn)正常。其次，將高壓切斷后，如果可亮二極管持續(xù)點(diǎn)亮，則該模塊極易存在泄放電阻受損的情況，可采用萬用表電阻檔測定其阻值，正常值為15 kΩ，一旦出現(xiàn)與該值相差過大的情況，則表示電阻損壞，應(yīng)及時用相同型號的器件進(jìn)行更換。另外，功率模塊的絕緣柵雙極型晶體管容易因散熱性能不良而出現(xiàn)過熱擊穿現(xiàn)象，也是模塊故障多發(fā)部位之一。絕緣柵雙極型晶體管主要包括AC管和DC管兩個受控開關(guān)管，為對每個開關(guān)中的二極管進(jìn)行檢測，可采用三用表二極管檔，測試絕緣柵雙極型晶體的G、E兩端，若二者呈現(xiàn)正向反應(yīng)，則表明導(dǎo)通，若呈現(xiàn)反向，則代表截止。一旦出現(xiàn)兩向均導(dǎo)通的情況，則表示絕緣柵雙極型晶體被擊穿，應(yīng)及時進(jìn)行更換。在進(jìn)行絕緣柵雙極型晶體更換時，需要將適量導(dǎo)熱硅脂均勻涂抹在其底部，使其具有高散熱效果。

在維修過程中，還應(yīng)全面檢查功率模塊的電解電容有無存在鼓包、元器件有無存在變色等情況。一旦電解電容存在鼓包的現(xiàn)象，應(yīng)及時更換，同時需要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定，對相同型號元件進(jìn)行選擇，并且運(yùn)行負(fù)荷不能超過額定值。在具體更換過程中，應(yīng)對元件正負(fù)極正確接對加強(qiáng)關(guān)注，防止接反而導(dǎo)致其通電爆炸。在對模塊中的易損元器件，如濾波電容、空轉(zhuǎn)二極管、保險、變壓裝置等進(jìn)行監(jiān)測時，可采用三用表二極管檔，同時應(yīng)使用變壓裝置進(jìn)行重點(diǎn)檢查，確保其無斷路、燒壞等問題存在，防止元器件因過熱而損壞。另外，需要全面檢測保險的完整性、連線連接的穩(wěn)定性、元件完好性、接地螺絲緊密性、電路板炭化情況等。

在功率模塊中，開關(guān)管和保護(hù)管通常由功率控制板進(jìn)行控制。對功率控制板進(jìn)行檢修時，需要確保功率控制板插接良好，同時需要對發(fā)射機(jī)所處環(huán)境的空氣潔凈度、溫濕度等加強(qiáng)重視。功能模塊壽命會受到溫度影響，根據(jù)相關(guān)測試可以發(fā)現(xiàn)，溫度如超過正常值10 ℃以下，會使模塊壽命縮減一半以下，因此需要裝置溫濕度測量表，對溫濕度進(jìn)行調(diào)控和監(jiān)測[5]。空氣質(zhì)量越好，相應(yīng)的灰塵也越少，因此可通過增設(shè)相應(yīng)輔助裝置，有效改善空氣質(zhì)量，使空氣質(zhì)量符合環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)要求。還可以配置通風(fēng)冷卻系統(tǒng)，調(diào)整風(fēng)機(jī)頻率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)風(fēng)量控制，并且通過該系統(tǒng)內(nèi)外循環(huán)、水泵電源開關(guān)啟動等，對溫濕度進(jìn)行有效調(diào)控。通過這些措施有效控制溫濕度、空氣潔凈度，在一定程度上減少故障發(fā)生，進(jìn)而有效減少功率模塊檢修、維護(hù)的工作量。

5 大功率短波發(fā)射機(jī)安全保護(hù)系統(tǒng)優(yōu)化措施

5.1 故障判斷能力提高

現(xiàn)階段，不少大功率短波發(fā)射機(jī)都有一定的故障報警功能，能夠在運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)故障，并為維修人員提供部分故障位置，但在實(shí)際應(yīng)用過程中，一些大功率短波發(fā)射機(jī)仍然存在不少系統(tǒng)故障問題，還需要維修人員提高故障判斷能力，提高判斷準(zhǔn)確性。例如：在大功率短波發(fā)射機(jī)重要設(shè)備器件的運(yùn)行過程中，為準(zhǔn)確找到故障位置，需要充分考慮各種影響因素，進(jìn)行全面檢測，及時掌握設(shè)備器件的實(shí)際運(yùn)行情況，并進(jìn)行檢測記錄和故障推斷，對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的安全性、良好性進(jìn)行分析，確保安全系統(tǒng)能在運(yùn)行中出現(xiàn)異常時及時進(jìn)行警示，盡可能縮短維修人員維修、處理故障的時間，進(jìn)而使設(shè)備達(dá)到最佳工作狀態(tài)。

5.2 健全保護(hù)機(jī)制

提高發(fā)射機(jī)故障判斷力的同時，還需要健全安全系統(tǒng)保護(hù)機(jī)制，在一定程度上減少故障發(fā)生的概率。首先，維修人員和技術(shù)人員應(yīng)提高自身安全意識，在進(jìn)行發(fā)射機(jī)檢修操作時，確保警報措施和電源開關(guān)等安全保護(hù)手段落實(shí)到位，切實(shí)保障設(shè)備使用人員的人身安全。其次，在不斷健全大發(fā)射機(jī)安全系統(tǒng)保護(hù)機(jī)制的同時，還需要加強(qiáng)通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的引入與應(yīng)用，對發(fā)射機(jī)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)安全加強(qiáng)保護(hù)。另外，還需要運(yùn)用波音快速恢復(fù)和其他更加靈活簡便的故障處理方法，有效提升發(fā)射機(jī)工作效率，確保設(shè)備處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。

5.3 完善系統(tǒng)保護(hù)層

從大部分發(fā)射機(jī)的運(yùn)行現(xiàn)狀來看，需要完善系統(tǒng)保護(hù)層，在一定程度上減少系統(tǒng)故障。首先，相關(guān)技術(shù)人員可在系統(tǒng)保護(hù)層第一層中合理應(yīng)用連鎖保護(hù)措施，有效保障發(fā)射機(jī)的正常運(yùn)行。例如，短波發(fā)射機(jī)出現(xiàn)故障時，可利用緊急開關(guān)按鈕等，使所有高壓電流的運(yùn)行部分緊急斷開。其次，可將芯片設(shè)置在系統(tǒng)保護(hù)層的第二層中對系統(tǒng)進(jìn)行有效控制，并且可以在芯片控制過程中設(shè)定最高優(yōu)先執(zhí)行模式，在一定程度上避免部分硬件出現(xiàn)故障。

5.4 自動化系統(tǒng)加強(qiáng)熱備份處理

通過及時熱備份自動化系統(tǒng)有效維護(hù)發(fā)射機(jī)運(yùn)行情況，能夠進(jìn)一步優(yōu)化發(fā)射機(jī)安全保護(hù)系統(tǒng)?，F(xiàn)階段，發(fā)射機(jī)自動化程度不斷提高，可通過自動化方式完成發(fā)射機(jī)中的大多數(shù)操作，但隨著自動化技術(shù)與系統(tǒng)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，發(fā)射機(jī)對自動化系統(tǒng)的依賴程度也不斷提高，因此自動化系統(tǒng)與發(fā)射機(jī)的有效運(yùn)行有著密切的聯(lián)系。一旦自動化系統(tǒng)出現(xiàn)問題和故障，就會導(dǎo)致發(fā)射機(jī)中部分操作無法正常實(shí)施或完成，進(jìn)而對發(fā)射機(jī)正常運(yùn)行造成不利影響。在此情況下，相關(guān)人員應(yīng)對設(shè)備的自動化系統(tǒng)加強(qiáng)重視，確保發(fā)射機(jī)運(yùn)行操作的穩(wěn)定性和可靠性[6]。同時，還需要及時熱備份自動化系統(tǒng)，避免自動化系統(tǒng)故障對發(fā)射機(jī)正常運(yùn)行造成影響，對發(fā)射機(jī)運(yùn)行狀態(tài)起到一定的保護(hù)作用。

6 結(jié)語

為進(jìn)一步提高信號播放質(zhì)量，需要對影響大功率短波調(diào)幅發(fā)射機(jī)功率的因素加強(qiáng)分析，便于相關(guān)人員采取有效控制措施，保障發(fā)射機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。這些影響因素包括IGBT的柵極電阻和開關(guān)狀態(tài)下的電路等。因此，在實(shí)際運(yùn)行過程中，短波發(fā)射機(jī)應(yīng)盡可能選擇對自身影響較小的柵極電阻，同時還需要重視發(fā)射機(jī)功率模塊的檢修和維護(hù)，進(jìn)一步優(yōu)化其安全保護(hù)系統(tǒng)，彌補(bǔ)其中存在的不足和漏洞。對維護(hù)人員而言，需要定期檢查功率模塊，有效保障大功率短波調(diào)幅發(fā)射機(jī)的正常運(yùn)行。