姬春利

（國(guó)家廣電總局五九四臺(tái) 陜西 咸陽(yáng) 712000）

0 引言

在日常檢修維護(hù)工作中我們經(jīng)常會(huì)遇到雙功率模塊部分因各種原因造成其無(wú)法正常工作。功率模塊部分由變壓器和功率模塊兩種不同類型的部件組成，這里主要就模塊部分經(jīng)常出現(xiàn)的故障原因進(jìn)行分析和處理。

1 功率模塊組成結(jié)構(gòu)

設(shè)備采用26個(gè)雙功率模塊設(shè)計(jì)，分為兩大類:公共部分包含了模塊所需的通用器件，如保險(xiǎn)F1，變壓器T11，電流互感器LEM，模塊阻流圈L24，接地開(kāi)關(guān)放電電阻R21/R22，電容充電電路等；功率部分作為模塊的核心，包含IGBT，整流二極管V1-V6，電容組C20A-C20H，IGBT控制電路，模塊控制板。

2 功率模塊的測(cè)試環(huán)境

由于設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間滿負(fù)荷工作且故障經(jīng)常就出現(xiàn)在公共部分和功率部分，但對(duì)于上述問(wèn)題，除保險(xiǎn)類故障外，我們無(wú)法準(zhǔn)確判斷出是那一部分的故障?？紤]到設(shè)備模塊都是懸浮與高電位，在設(shè)備上無(wú)法進(jìn)行測(cè)試，于是這里引入超級(jí)終端測(cè)試環(huán)境。

測(cè)試軟件具體設(shè)置如下:連接VT100（計(jì)算機(jī)）:在XP開(kāi)始菜單—附件—通訊—超級(jí)終端，然后打開(kāi)文件菜單—屬性—設(shè)置—終端仿真（VT100J），用RS232電纜連接模塊上的X29與計(jì)算機(jī)的串口，該串口必須設(shè)置為:9600bps，8bit數(shù)據(jù)位，1bit停止位，沒(méi)有奇偶效驗(yàn)位。

測(cè)試連線:用光纖短路光纖接口；連接電源:連接電源到模塊的保險(xiǎn)座，拔下模塊上的X11插頭，插上測(cè)試電源上的X11插頭；測(cè)試時(shí)模塊必須短路，此時(shí)模塊的阻流圈作為測(cè)試負(fù)載，通過(guò)一根電纜短路模塊上的X3-VD端子與L24線圈的中心端來(lái)實(shí)現(xiàn)。

測(cè)試過(guò)程:合上測(cè)試電源，在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行超級(jí)終端，并按空格鍵。屏幕的上方將會(huì)顯示模塊的各項(xiàng)測(cè)試數(shù)據(jù)。等待充電結(jié)束，這時(shí)接觸器應(yīng)該吸合，利用功率模塊中集成的自檢單元BITE的測(cè)試功能，根據(jù)命令可執(zhí)行不同的功能?！皌est 0”命令將執(zhí)行所有的測(cè)試。模塊的控制部分通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)可得到多達(dá)15個(gè)物理量的模塊工作狀態(tài)信息，模擬信號(hào)有:5個(gè)模塊電壓，2個(gè)電流；數(shù)字信號(hào)有:溫度，保險(xiǎn)狀態(tài)，過(guò)/欠流，過(guò)/欠壓等等。

測(cè)試項(xiàng)目有:光纖連接測(cè)試，溫度開(kāi)關(guān)的測(cè)試，IGBT開(kāi)關(guān)同步測(cè)試，最小開(kāi)合時(shí)間測(cè)試，最小關(guān)斷時(shí)間測(cè)試，過(guò)流保護(hù)。F＜f＞＜dty＞:手動(dòng)測(cè)試時(shí)該命令可發(fā)出一個(gè)頻率和占空比可變的測(cè)試音頻。＜f＞代表頻率；＜dty＞代表占空比。PULSE＜t＞:產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，脈沖寬度為:＜t＞，單位是微秒。

測(cè)試工作數(shù)據(jù)主要有:正直流電壓V1，負(fù)直流電壓V2，功率模塊平均電流Istage，IGBT平均電流Iigbt，電源相電壓Vline，功率模塊輸出功率Pstage，接觸器狀態(tài)Contactor，IGBT控制允許IGBT Enable。

測(cè)試警告、故障信號(hào)指示主要有:IGBT開(kāi)合對(duì)應(yīng)關(guān)系錯(cuò)誤 Corr On/Corr Off，IGBT開(kāi)合控制脈沖小于 2微秒＜Min On/＜Min Off， IGBT 控制脈沖頻率過(guò)高＞Max.Frequency， IGBT驅(qū)動(dòng)器故障信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電壓過(guò)低或IGBT短路Short Circuit，模塊過(guò)流，將導(dǎo)致發(fā)射機(jī)高壓保護(hù)＞I，2秒鐘內(nèi)模塊出現(xiàn)3次過(guò)流＞Irep，模塊溫度監(jiān)測(cè)，溫度繼電器動(dòng)作Temp，保險(xiǎn)跳Fuse，電源超出限定范圍LineV，控制系統(tǒng)故障Control，電容電壓不對(duì)稱，電容壞CapUnsym。

3 對(duì)模塊故障原因進(jìn)行分析處理

首先，見(jiàn)圖1功率模塊的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，由此可清楚的了解模塊各部分的故障成因。

3.1 軟件測(cè)試中反映出的故障信息分析

3.1.1 光纖連接測(cè)試

每對(duì)光纖分為為控制和反饋兩種類型，其中控制光纖通過(guò)光脈沖信號(hào)來(lái)控制開(kāi)關(guān)模塊的開(kāi)合與關(guān)斷；反饋光纖用來(lái)傳送模塊的狀態(tài)信息和其它運(yùn)行數(shù)據(jù)，基本無(wú)問(wèn)題，若出現(xiàn)故障則肯定是控制板損壞所致。

3.1.2 溫度開(kāi)關(guān)的測(cè)試

在運(yùn)行維護(hù)中，發(fā)現(xiàn)S20溫控開(kāi)關(guān)自身是非?？煽康模酁楦鼡Q模塊時(shí)造成S20連接線短路或通地造成，這個(gè)開(kāi)關(guān)的過(guò)限動(dòng)作由發(fā)光二極管V111所指示。

圖1 雙功率模塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.1.3 IGBT開(kāi)關(guān)同步測(cè)試

在檢測(cè)中可能顯示IGBT各項(xiàng)均正常但在高頻環(huán)境中會(huì)出現(xiàn)工作時(shí)好時(shí)壞現(xiàn)象，但又找不到原因，處理辦法在模塊處于正常工作時(shí)，利用檢測(cè)部分串口接入，測(cè)試命令同上，可觀察出是A21或者A22處于Corr On/Corr Off，可判斷器故障點(diǎn)，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)后判斷多為IGBT連接控制板連線虛接造成或是控制板插針變形所致，此時(shí)IGBT的控制信號(hào)將被中斷250ms。同時(shí)將故障信息存儲(chǔ)在非易失RAM中，如果2秒鐘內(nèi)連續(xù)出現(xiàn)3次故障，模塊將被徹底關(guān)斷，并將模塊故障信息傳送中心控制系統(tǒng)中去。

3.1.4 最小開(kāi)合/關(guān)斷時(shí)間測(cè)試

功率模塊控制系統(tǒng)對(duì)每個(gè)模塊的開(kāi)關(guān)頻率限制在13kHz。在使用維護(hù)中經(jīng)常出現(xiàn)準(zhǔn)備時(shí)正常，但工作時(shí)模塊跳，經(jīng)過(guò)反復(fù)觀察實(shí)驗(yàn)，原因主要有下面幾點(diǎn):控制板故障占主要原因，如光纖插接不緊或者是系統(tǒng)遇到干擾，光纖控制系統(tǒng)的光控信號(hào)會(huì)出現(xiàn)小的毛刺，如果不加處理直接用這個(gè)信號(hào)去控制IGBT的合斷，將會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作，并增加功率耗散。元器件在長(zhǎng)時(shí)間加高壓狀態(tài)極易出現(xiàn)元器件受熱或模塊間的串?dāng)_，造成IGBT開(kāi)合時(shí)間不滿足系統(tǒng)要求，造成工作時(shí)跳，解決辦法將故障模塊控制板更換置其他模塊或在模塊控制板信號(hào)采集線上加裝頻閉層可很好解決上述問(wèn)題。

3.1.5 過(guò)流保護(hù)測(cè)試

系統(tǒng)采用一個(gè)電流互感器對(duì)模塊的輸出電流、IGBT流過(guò)的電流和IGBT驅(qū)動(dòng)器的飽和電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)。如果流過(guò)IGBT的電流越限，IGBT驅(qū)動(dòng)器會(huì)馬上發(fā)現(xiàn)并關(guān)斷模塊，同時(shí)發(fā)光二極管V116燈亮指示。此外還通過(guò)比較器對(duì)電路進(jìn)行短路保護(hù)，模塊的過(guò)流保護(hù)信號(hào)也取自電流互感器的次級(jí)輸出，比較器的參考電位通過(guò)微控制器的PWM輸出產(chǎn)生，經(jīng)低通濾波后還原為直流電位，可以通過(guò)軟件調(diào)節(jié)從0到200A的電流門限值。

出現(xiàn)過(guò)流時(shí)，模塊將被關(guān)斷250ms，如果在2秒鐘內(nèi)連續(xù)出現(xiàn)3次過(guò)流，模塊將被徹底關(guān)斷。為保證設(shè)備功率模塊總的輸出電壓不受外電變化的影響，每個(gè)模塊都對(duì)輸出電壓進(jìn)行測(cè)量，這是通過(guò)電容組的直流最小電壓進(jìn)行監(jiān)控的。如果電壓從未達(dá)到充電閾值，或在工作期間下跌，那么模塊將被關(guān)斷。若電壓正常，則發(fā)光二極管V114燈亮。同時(shí)該電壓值通過(guò)一個(gè)正比例的電壓、頻率轉(zhuǎn)換器變?yōu)轭l率脈沖信號(hào)。0-2MHz的頻率范圍對(duì)應(yīng)電壓是從600V到900V。模塊正常工作時(shí)，這個(gè)頻率信號(hào)通過(guò)反饋光纖被發(fā)送到中心控制系統(tǒng)。

故障點(diǎn)主要有:經(jīng)過(guò)電流互感器LEM的連線兩端松；設(shè)備在工作時(shí)顯示過(guò)流但無(wú)法實(shí)時(shí)顯示是那一個(gè)模塊造成的瞬間電流超限連帶放電球放電，有可能是電壓波動(dòng)或灰塵、溫度等引起，在日常維護(hù)中經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)備過(guò)流造成放電現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的觀察，發(fā)現(xiàn)在多次出現(xiàn)過(guò)流告警后，會(huì)出現(xiàn)個(gè)別模塊在工作準(zhǔn)備時(shí)反映慢，停止工作后迅速去測(cè)溫發(fā)現(xiàn)模塊有R21/R22電阻過(guò)熱現(xiàn)象，后查為模塊上下級(jí)連線及L24變色出現(xiàn)碳化褪色等老化現(xiàn)象，經(jīng)打磨處理、鍍錫或更換后可明顯降低設(shè)備過(guò)流報(bào)警掉高壓次數(shù)，有效提高設(shè)備穩(wěn)定性。

3.1.6 直流電壓V1/V2測(cè)試

在測(cè)試時(shí)一路電壓不升，可初步判斷系IGBT故障或者電壓升但K11不吸合，需要手動(dòng)觸碰電壓才可保持，原因有K11自身故障，保險(xiǎn)故障，控制板故障，此時(shí)對(duì)控制板無(wú)法進(jìn)行處理只可更換對(duì)應(yīng)芯片，但在實(shí)際工作中并未有板子芯片，只能更換控制板。

3.1.7 功率模塊平均電流Istage，IGBT平均電流Iigbt，電源相電壓Vline，功率模塊輸出功率Pstage，接觸器狀態(tài)Contactor，IGBT控制允許IGBT Enable六項(xiàng)測(cè)試其與正常測(cè)試值有較大偏差，可判斷多為IGBT故障，整流橋故障。為了準(zhǔn)確判斷故障點(diǎn)位置，這里介紹一個(gè)軟開(kāi)關(guān)電路，由于模塊使用了大容量的電容組，在高電壓直接充電時(shí)產(chǎn)生的浪涌電流只能靠模塊上很小的電感分量來(lái)限制，在這種情況下保險(xiǎn)將不會(huì)起到保護(hù)模塊的作用，為避免充電時(shí)產(chǎn)生大的電流損壞設(shè)備，模塊采用了軟開(kāi)關(guān)電路見(jiàn)圖2，由于減小了電容充電的大電流沖擊，使模塊實(shí)際使用的保險(xiǎn)大大地減小，并且由于設(shè)計(jì)上對(duì)電容器的充電電流進(jìn)行了限制，大大延長(zhǎng)了整流器二極管和電容器的平均無(wú)故障時(shí)間和使用壽命。

圖2 軟開(kāi)關(guān)電路

功能:當(dāng)設(shè)備處于準(zhǔn)備狀態(tài)時(shí)模塊通電，此時(shí)K1是斷開(kāi)的，整流二極管V8組成兩個(gè)單相半波整流電路，先由2個(gè)單相半波整流電路經(jīng)R21和R22限流后，給兩組電容慢速充電至一定電壓，約10秒鐘后，K1動(dòng)作。通過(guò)三相整流電路再給電容快速充電，避免了直接快速充電引起變壓器次級(jí)沖擊電流過(guò)大，進(jìn)而損壞元件。采用軟開(kāi)關(guān)措施當(dāng)K1吸合時(shí)，充電電流被限制在400A以下。

充電回路:

·當(dāng)T相為正電壓時(shí):

·當(dāng)T相為負(fù)電壓時(shí):

明白了軟開(kāi)關(guān)電路的組成和其功能，為判斷此類模塊故障點(diǎn)提供了參考。如此類故障表現(xiàn)主要有V8損壞造成模塊不吸合，R21/R22電阻穿造成發(fā)射機(jī)加高壓跳，F(xiàn)6保險(xiǎn)爆，K11壞造成加高壓跳，線圈燒等錯(cuò)誤級(jí)故障信息。

3.2 其他在軟件里無(wú)法反映的故障

3.2.1 因V21/V22正反向?qū)ㄔ斐稍O(shè)備準(zhǔn)備時(shí)，有400v-900V不等的電壓。

3.2.2 故障現(xiàn)象在下機(jī)第一次測(cè)試正常后，進(jìn)行第二次測(cè)試顯示IGBT電流故障，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)整流二極管模塊V7虛接，由于其屬于標(biāo)準(zhǔn)接法，當(dāng)關(guān)斷負(fù)載時(shí)，用于抑制線路中的感性分量產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，防止損壞元器件。正是這個(gè)元器件上的接線長(zhǎng)時(shí)間松動(dòng)造成電動(dòng)勢(shì)抖動(dòng)出現(xiàn)的。其故障表現(xiàn)是在上機(jī)環(huán)境下，設(shè)備準(zhǔn)備時(shí)，第一次正常，當(dāng)正式工作時(shí)告警模塊損壞，但關(guān)掉設(shè)備后再次測(cè)試又正常的現(xiàn)象。

3.2.3 電容組對(duì)整流后的直流電壓進(jìn)行平滑，進(jìn)而優(yōu)化調(diào)制器輸出的音頻質(zhì)量，減小雜音電平。同時(shí)還可以延長(zhǎng)單個(gè)電容的使用壽命。濾波電容C20A-C20H分為兩組，每組4個(gè)5600uF450V的電解電容兩串兩并連接，相當(dāng)于2個(gè)5600uF 900V的電解電容（耐壓值提高了一倍）。為使串聯(lián)的電容電壓平均分配，采用了均壓電阻網(wǎng)絡(luò)，R20A-R20D是四個(gè)均壓電阻（10k/50W），也能起到電容靜電的放電作用。但在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)因電容自身?yè)p壞，則無(wú)法加高壓；但是因底座6個(gè)絕緣固定螺絲送松造成上機(jī)出現(xiàn)時(shí)好時(shí)壞現(xiàn)象；另2個(gè)螺母如若未上緊則出現(xiàn)設(shè)備過(guò)流、保險(xiǎn)（16A/1A/315mA）爆等現(xiàn)象，所以在日常清理維護(hù)中要針對(duì)這些隱患點(diǎn)進(jìn)行經(jīng)常檢查。

3.2.4 功率模塊控制系統(tǒng)，當(dāng)載波電壓的控制要求中心控制系統(tǒng)必須快速地測(cè)量出所有正常工作模塊的電壓和，這是通過(guò)每個(gè)模塊反饋光纖向中心控制系統(tǒng)發(fā)送15625 KHZ的脈沖信號(hào)，控制系統(tǒng)再對(duì)每個(gè)模塊的電壓進(jìn)行計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在實(shí)際工作中均正常。

通過(guò)對(duì)雙功率模塊各種故障原因的分析，可以為發(fā)射機(jī)的日常維護(hù)工作，帶來(lái)極大的便利，有效的減少停劣播事故的發(fā)生，確保安全傳輸發(fā)射工作萬(wàn)無(wú)一失。

［1］楊學(xué)有，董濤，等.TSW2500500kW短波發(fā)射機(jī)維護(hù)手冊(cè)[Z].

［2］張學(xué)田，等.廣播電視技術(shù)手冊(cè):第六分冊(cè)—發(fā)射技術(shù)[Z].