王志聰

摘 要：SW100F型大功率短波廣播發(fā)射機是PSM制式的一款發(fā)射機。PSM發(fā)射機中使用了數(shù)十塊功率開關(guān)模塊，一旦某模塊出現(xiàn)故障都將影響發(fā)射機播出質(zhì)量和效果。該文就發(fā)射機運行中無論是功率開關(guān)模塊合、斷所引起的雜音，還是光纜故障、模塊輸出電壓以及IGBT的AC或者DC管擊穿引起的雜音等，都將影響發(fā)射機雜音指標；在分析故障原因、提出故障排查解決方法的同時，對每個故障處理過程作者進行了論述，最后就功率開關(guān)模塊影響雜音指標提出了思考和建議。

關(guān)鍵詞：PSM發(fā)射機 功率模塊 雜音指標

中圖分類號：TN948.53 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）05（a）-0042-02

SW100F型大功率短波廣播發(fā)射機射頻系統(tǒng)，采用的是PSM脈沖階梯調(diào)制技術(shù)。在發(fā)射機運行中，無論是用作調(diào)制音頻信號幅度循環(huán)的功率開關(guān)模塊合、斷所引起的雜音，還是發(fā)射機信號傳輸光纜故障導(dǎo)致的雜音，或是功率開關(guān)模塊輸出電壓導(dǎo)致的雜音以及IGBT的AC和DC管擊穿引起的雜音，都將影響發(fā)射機雜音指標。PSM發(fā)射機的功率開關(guān)模塊的工作原理很多書籍教案都已介紹，在此不再敘述。在此，作者就功率開關(guān)模塊影響雜音指標的幾類典型故障的分析、處理過程進行論述，同時結(jié)合工作實際提出思考意見和建議。

1 功率開關(guān)模塊影響雜音指標的典型故障分析

PSM短波發(fā)射機射頻系統(tǒng)調(diào)制音頻信號幅度，是由循環(huán)通斷的48塊功率開關(guān)模塊來實現(xiàn)。發(fā)射機運行中，由于變壓器漏感、功率開關(guān)模塊循環(huán)導(dǎo)通拉、合產(chǎn)生的分頻引起的雜音，以及光纜故障、模塊輸出電壓、IGBT的開關(guān)管或保護管擊穿等產(chǎn)生的雜音，都將影響發(fā)射機雜音指標，影響發(fā)射機播出質(zhì)量和效果。以下就此類典型故障進行分析論述。

1.1 功率開關(guān)模塊合、斷引起的雜音

故障現(xiàn)象：發(fā)射機指標測試，雜音為-32db，監(jiān)聽發(fā)現(xiàn)有明顯低頻嘯叫聲，音頻分析儀測試分析有頻率為1.46kHz的雜音。發(fā)射機雜音指標不入級。

故障原因分析：根據(jù)現(xiàn)象加高壓試驗，觀察開關(guān)狀態(tài)指示燈48路指示燈均亮，48組功率模塊DC指示燈均亮，功率模塊處于工作狀態(tài)，沒有發(fā)現(xiàn)異常。做加高壓，升功率、降功率試驗，加高壓，功率降到0，此時功率模塊應(yīng)該都不工作，即功率模塊DC燈不應(yīng)有亮的，否則說明功率模塊有問題。同理升功率后查有功率模塊不亮的，說明功率模塊有不工作的。

故障處理：加高壓后把功率降到0，如發(fā)現(xiàn)某功率模塊DC燈總亮，而且特別亮，對應(yīng)開關(guān)狀態(tài)指示燈也亮；則是該模塊有問題，如拆下測試為正常，仍然復(fù)用上機。因該模塊DC燈總亮，用示波器測試對應(yīng)的光發(fā)射電路，如果輸出不是脈沖信號，再查前面的環(huán)形調(diào)制器電路。如果測量此功率模塊對應(yīng)的環(huán)形調(diào)制器電路的JK觸發(fā)器輸出Q為脈沖，波形正常。則應(yīng)檢查它的“與門”輸人4腳，應(yīng)為高電平“H”。如果5腳和6腳都為“H”，則應(yīng)檢查此芯片是否松動，用手按下后測量其輸入5腳、輸出6腳均為脈沖。如果芯片松動輸人5腳處于懸空狀態(tài)，總為高電平“H”，其輸出因此也總為“H”而不是脈沖。開關(guān)管（DC管）由于開關(guān)拉合信號不正常始終為高電平導(dǎo)致開關(guān)管一直開通，環(huán)型調(diào)制器卻依據(jù)模塊開關(guān)狀態(tài)信號正常循環(huán)工作。此外，由于失步保護電路的失靈等原因，無法封鎖保護管（AC管），也就無法及時封鎖或糾正控制信號異常。開關(guān)管將模塊三相整流電壓直接輸出，其輸出瞬時電壓即為平均電壓，從而使DC燈總亮而且特別亮。模塊工作于這種狀態(tài)，在合成主電壓時就會呈現(xiàn)周期性的偏高，運行中必然產(chǎn)生較大的雜音。假設(shè)此功率模塊輸出直流電壓為600V，主整電壓為10kV，則雜音為：20lg（600/10000）=-24.4db。

綜述以上分析，開關(guān)狀態(tài)指示燈亮的原因，功率開關(guān)模塊保護管（AC管）在合工作狀態(tài)，功率模塊就有反映其工作狀態(tài)正常的37kHz脈沖，所以開關(guān)狀態(tài)板上該指示燈始終處于亮的狀態(tài)，結(jié)果誤導(dǎo)了功率模塊始終處于正常狀態(tài)。

1.2 信號傳輸光纜故障導(dǎo)致的雜音

故障現(xiàn)象：發(fā)射機在測試指標時雜音電平為-35db，雜音頻率為1.46kHz。發(fā)射機加高壓，開關(guān)狀態(tài)板48路指示燈均亮，沒有發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。但是1.46kHz的雜音頻率，則說明某功率模塊工作狀態(tài)不正常；仔細觀察48塊功率模塊的DC燈，發(fā)現(xiàn)A號模塊DC燈不亮。拔掉該模塊控制小板，測量雜音指標為-56db，由此可見系該功率模塊影響了雜音指標。

故障原因分析：首先，用相鄰的C號（帶光發(fā)射電路）的功率開關(guān)控制板來控制A號功率模塊為正常；其次，用A號（帶光發(fā)射電路）功率開關(guān)控制器控制C號功率模塊，測試C號DC燈也不亮。則說明A號功率模塊本身沒問題，故障可能在此功率開關(guān)控制小板或者拉、合控制信號線路不正常。

故障處理：更換A號功率開關(guān)控制器，故障現(xiàn)象依舊。用示波器測試它對應(yīng)的光發(fā)射電路波形，波形正常。拔插A號功率模塊控制小板光纜B，發(fā)現(xiàn)光接收頭處光纜明顯變形，拔下A號功率開關(guān)模塊光纜B兩端，一端用手電光照，觀察另一端的發(fā)光情況，發(fā)現(xiàn)光線與正常的相比明顯偏暗。重新作光纜頭后測試雜音指標為-58db。

通過上述分析，故障原因是“合、拉”指令的光信號通過光纜傳送至功率開關(guān)控制器上的光接收頭接觸不良，接收到的開關(guān)信號弱，導(dǎo)致了模塊的開關(guān)性能發(fā)生變化，功率模塊輸出電壓比正常低。而功率模塊工作頻率為1.46kHz，在合成直流主整電壓中就含1.46kHz的雜波，所以載波上就會出現(xiàn)1.46kHz的雜音波形。從光纖通信可知，任何光纖彎曲半徑過小，就會影響光功率的傳輸。此外，當光纜B傳輸出現(xiàn)問題，功率開關(guān)控制板提供給狀態(tài)板指示AC管運行正常，開關(guān)管（DC管）由于光接收管或光發(fā)射管未開通或光纜連接不良等造成開關(guān)管未開通，但PSM環(huán)型調(diào)制器卻根據(jù)狀態(tài)電壓正常信號，使功率模塊仍然循環(huán)工作。這樣就相當于有一塊輸出電壓為零的功率模塊在循環(huán)，造成開關(guān)管控制信號缺位，運行中必然產(chǎn)生較大的雜音。

1.3 功率開關(guān)模塊輸出電壓導(dǎo)致的雜音

故障現(xiàn)象：某發(fā)射機測試雜音電平為- 48db，用音頻分析儀可見含雜音頻率為 1.46kHz雜音。從開關(guān)狀態(tài)指示燈看，48路指示燈均亮，但1.46kHz的頻率出現(xiàn)說明功率模塊中存在工作狀態(tài)不正常的模塊。

故障原因分析：加高壓，查看48路功率模塊DC指示燈雖然都是亮的，但其中有一塊模塊的DC指示燈很暗，疑是工作狀態(tài)不正常，拔掉該功率開關(guān)控制器使其不工作，測雜音為-58db，說明此功率模塊工作狀態(tài)有問題。原因有兩類：（1）開關(guān)工作指令不正常；（2）模塊本身有問題。

故障處理：采用互換法，將該（帶光發(fā)射電路）功率開關(guān)控制器來控制相鄰正常工作的功率模塊，雜音消失立刻恢復(fù)正常；說明該功率模塊的開關(guān)工作指令正常。

在查找故障原因時發(fā)現(xiàn)，該模塊交流供電的A相20A保險管開路，給功率開關(guān)控制器供電是B、C相，故功率開關(guān)控制器檢測不出該功率模塊有故障，只是模塊輸出電壓因缺相而降低，但又沒有低于開關(guān)狀態(tài)板電壓檢測所認定的模塊輸出電壓異常值。因此，環(huán)型調(diào)制器依據(jù)狀態(tài)電壓正常信號使該功率模塊循環(huán)工作，既環(huán)路中有一塊輸出電壓很低模塊在循環(huán)工作。造成了48級功率模塊輸出電壓主整合成時就含此模塊的開關(guān)頻率1.46kHz。載波就呈現(xiàn)頻率為1.46kHz周期性波形。由于此模塊整流器輸出電壓偏低，導(dǎo)致DC指示燈發(fā)暗。

1.4 IGBT的AC和DC管擊穿導(dǎo)致的雜音

故障現(xiàn)象：測試某發(fā)射機雜音指標為-30db，載波波形雜音頻率為1.46kHz；用音頻分析儀測得頻率為1kHz，發(fā)射機開關(guān)狀態(tài)板48組指示燈均亮。

故障原因分析：加高壓查看48組功率模塊DC指示燈均亮，功率模塊都處于工作，觀察不到異常，但1.46kHz說明功率模塊仍有工作狀態(tài)不正常的。正常時發(fā)射機加高壓后按下封鎖鍵，48組功率模塊均應(yīng)不工作，DC燈不亮，否則說明功率模塊存在問題；如果末級屏壓有表值則也說明仍有功率模塊在工作。從表頭電壓的數(shù)值大小可以計算出幾組模塊工作（每一組模塊輸出為600V左右）。仔細觀察發(fā)現(xiàn)有1塊模塊DC燈特別亮，落高壓測量該模塊IGBT的AC和DC管，都已擊穿短路。

故障處理：更換IGBT后重測雜音指標為-59db，顯然故障是IGBT的AC和DC管擊穿引起的雜音。

功率開關(guān)模塊IGBT的AC管擊穿后，通過該功率開關(guān)控制板提供給狀態(tài)板指示為該功率開關(guān)模塊電壓正常；而DC管擊穿導(dǎo)致回路處于通狀態(tài)；環(huán)型調(diào)制器依據(jù)狀態(tài)板判斷，仍以為該模塊電壓正常參于循環(huán)。但在合成主電壓時，就呈現(xiàn)周期性的偏高，這樣必然在運行中產(chǎn)生較大的雜音。

2 經(jīng)驗與體會

通過以上對PSM發(fā)射機功率開關(guān)板故障所導(dǎo)致發(fā)射機雜音指標下降的原因分析和處理，使我們感到：PSM功率開關(guān)模塊出現(xiàn)故障或工作狀態(tài)異常都將引起發(fā)射機雜音指標的降低。因此，在發(fā)射機日常運維中，不能簡單的只憑狀態(tài)指示燈亮和滅判斷功率模塊工作正常與否，它只不過是功率開關(guān)模塊正常工作的一個必要條件，長亮不閃爍、亮度顯暗淡，發(fā)光程度，也能反映出模塊的工作狀態(tài)。當然，功率開關(guān)模塊工作狀態(tài)發(fā)生變化，不一定就是它本身問題，還要考慮與調(diào)制系統(tǒng)有關(guān)光纜，光、電信號；如發(fā)射機沒有110s失步保護電路光纜B接觸不良或相關(guān)的光電電路異常，保護管也不會被拉開保護。

通常載波狀態(tài)下模塊開通的個數(shù)為20 級，就是說功率開關(guān)模塊在100%調(diào)幅時只需要40級模塊在工作，還有8個功率開關(guān)模塊作為備用模塊。查找雜音源，最簡單快捷有效的方法是排除法，拔掉一個功率開關(guān)控制器使其控制的功率模塊不工作，所影響的雜音是1～2db。若分析雜音頻率為3kHz左右，則可以以2個功率模塊工作不正常（1.46kHz×2=2.92kHz）計算。

不同型號的IGBT飽和壓降是不一樣，在同等條件下測試，其輸出飽和壓降差最大可達20V。因此，在維修更換功率開關(guān)模塊IGBT時，最好使用和原機同型號的IGBT。才能確保模塊不至于因為IGBT的飽和壓降不同而導(dǎo)致輸出電壓不同。

3 結(jié)語

綜上，對影響發(fā)射機雜音指標的功率開關(guān)模塊典型故障實例分析，以及對故障原因分析、故障排查、故障處理過程的總結(jié)，提出了與同行共同思考的建議和看法，希望能對此類發(fā)射機運維有所幫助。由于水平有限，存在不足之處，請指正。

參考文獻

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