陶艷清

DF100A短波發(fā)射機功率模塊的原理及維護

陶艷清

（作者單位：國家新聞出版廣電總局726臺）

本文主要介紹DF100A短波發(fā)射機功率模塊的原理以及常見故障的分析處理，總結(jié)故障的維護技巧，從而提髙維修功率模塊的維修效率。

PSM短波發(fā)射機；功率模塊原理；故障分析

1　功率開關(guān)模塊工作原理概述

功率開關(guān)是一個脈沖寬度調(diào)制單元，具有高達10 kHz的開關(guān)頻率，并為其負載提供平均2.1 kW的功率。功率開關(guān)在上升沿和下降沿少于400 ns，時間內(nèi)提供700V的脈沖。DF100A發(fā)射機共采用50塊，其中48塊用于提供高末射頻級的屏壓，另外兩個用于高末簾柵電壓。如圖1所示，每一塊模塊都包含三大結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)主要由三部分組成：第一部分包含整套的三相全波整流器和濾波器；第二部分是一只絕緣門雙極晶體管，作為電子開關(guān)而存在的；第三部分包含一個空轉(zhuǎn)二極管。

1.1整流器及其濾波

整流器的三相交流電源由次級為多繞組的主整變壓器引入，引入端子為E1、E2、E3，此后，經(jīng)三相15A保險絲和壓敏電阻RV1、RV2、RV3連接硅整流二極管CR1～CR6。其中，RV1、RV2、RV3是分別跨接于每兩相電源之間的壓敏電阻。它們具有齊納二極管特性，在異常情況下，可以把500 V的額定電壓箝位于510 V，因此，能有效地防止暫態(tài)過電壓，整流后的直流電壓經(jīng)過L、C濾波器濾波。其濾波電感為主整變壓器的漏感，按短路電壓比8%估算為26.5mH。主要濾波電容由兩只C3、C4串聯(lián)，總值為500 u/900 V，另外兩只C1、C2云母電容并聯(lián)，總值為0.2 Uf。用于濾除高頻竄擾信號。濾波器的自然諧振頻率為43.7 Hz，＜50 Hz。700V整流器的濾波器兩端接有均壓兼泄放作用的電阻2×15kΩ（R3、R4），與泄放電阻并聯(lián)的還有兩串聯(lián)電阻2×100kΩ（R14、R15）和指示燈DS1串聯(lián)組合，指示燈DS1是發(fā)光二極管，它處于正常發(fā)光，逐漸變暗，徹底熄滅三種情況下分別表示為：輸出電壓正常、電容正在放電和已經(jīng)放電完畢。

1.2電子開關(guān)（IGBT）

電子開關(guān)直接控制著700 V直流輸出電壓的正極，絕緣門雙極晶體管Q1是電子開關(guān)的重要構(gòu)件，Q1的首個晶體管在電源附近，叫做AC管，第二個晶體管在負載附近，叫做DC管。這兩種晶體管全都具備Uce≥1000 V直流和Ic=5A連續(xù)工作的額定值，以這兩種晶體管的作用來看，它們的主要功能來說，AC管還可以稱作是保護管，DC管則稱作是開關(guān)管，它們的控制信號分別輸入到各自的門極和發(fā)射極之間。除此之外并聯(lián)于每路控制信號的輸入端包括：負載電阻R7、R8為10 KΩ，反向信號削波二極管CR8、CR10和正向信號箝位二極管CR7、CR9各1只。這兩種管的門極是利用R7、R8加偏置的，并且分別由瞬變抑制二極管和箝位二極管進行保護，每個晶體管的門極都由電路板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700 V的電壓，同時通過DC管實現(xiàn)管控，從而使本塊功率模塊的輸出脈沖電壓變得完整。控制信號的電源來自兩套輔助整流器，其交流電源來自輔助變壓器T1和T2，分別由端子（P1-A31，P1-C31）（P1-A32，P1-C32） 和（P1-C28，P1-A28）（P1-A29，P1-C29）引出為單相橋整，經(jīng)濾波和穩(wěn)壓后輸出直流12V，其T1直流輸出電壓的正負極分別標示為12VA和A，其中A極與保護管發(fā)射極相連，對應(yīng)T2輸出正負極標為12VB和B，其中，B極與開關(guān)管發(fā)射極相連接。

1.3空轉(zhuǎn)二極管

當本級PSM開關(guān)合上時，負載電流由Q1管導(dǎo)通，而當本級PSM開關(guān)拉開時，則負載電流被空轉(zhuǎn)二極管CR11所旁路，其反向耐壓為1 kV，正向電流為50 A及小于100 ns，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來接通的功率開關(guān)。CR11導(dǎo)電的條件：Q1管關(guān)斷而且與Q1管并聯(lián)的分布電容被充電到電源電壓（700 V）以上，即CR11兩端處于少量正向電壓下才能導(dǎo)通負載電流。在功率開關(guān)輸出端E17和E18之間接著2×47 KΩ和DS2的串聯(lián)組合，其中的DS2是發(fā)光二極管，指示該開關(guān)輸出正常與否。盡管Q1管導(dǎo)通時DS2得電，而當Q1管關(guān)斷無輸出時DS2也同時斷電，但因Q1管經(jīng)常處于快速通斷狀態(tài)下，所以開機加高壓后，DS2保持發(fā)亮。唯獨在這塊板發(fā)生故障時，即AC管或DC管被長時間切斷，DS2才處于熄滅狀態(tài)，以便發(fā)現(xiàn)故障點而及時處理。

2　功率模塊的維護

由于PSM發(fā)射機的功率模塊在長時間的工作運行中，電子元器件的老化，外觀突變，電磁干擾等原因，模塊器件損壞多，容易產(chǎn)生故障，不能正常運行，筆者對功率模塊在運行中故障的維護經(jīng)驗總結(jié)如下。

2.1T1、T2小變壓器輸入保險爆

出現(xiàn)這一故障主要是由于在兩組小變壓器中，有一組甚至兩組同時被擊穿。我們可通過萬用表進行驗證，如果發(fā)現(xiàn)單組輸入電阻為2.5Ω或者兩組輸入電阻為5Ω則為正常，如果超出這兩個值我們就認定變壓器已壞。確定故障后，要及時對變壓器進行更換，更換過程中要特別注意輸入阻值最大程度地與兩組變壓器的阻值相仿，否則容易再次出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象。

圖1　功率模塊的電路組成

2.2功率模塊輸入35A保險爆

出現(xiàn)這一故障的原因很多，現(xiàn)對以下五方面原因進行分析。

第一可能是壓敏電阻炸裂造成的，這一原因從外觀上就可以發(fā)現(xiàn)問題，對于這一問題的我們采取更換耐壓等級相同或者耐壓等級稍高的壓敏電阻就能進行修復(fù)，解決問題。如果是整流器中的一相或幾相整流二極管擊穿造成的，通過萬用表對二極管正反導(dǎo)通性進行檢測就可以發(fā)現(xiàn)問題，對這一問題通過更換同型號器件可以解決。

第二可能是濾波電容被擊穿造成的，要想辨別這一故障需要將兩組電容拆下，并通過機械三用表R×1檔，開展充放電實驗，如果電容不存在故障，測量表頭指針會先置零位接著逐漸回升。但若發(fā)生表頭指針一直停留在零位又或無窮大，就證明電容已被擊穿。對于這一問題我們通過更換同一廠家同一型號的電容便可解決。

第三可能是泄放電阻擊穿或開路造成的，要想辨別這一故障需要通過萬用表電阻檔對阻值進行測量，如果測量值為15 kΩ則為正常，與此數(shù)值存在較大偏差時就是已經(jīng)被損壞了，要立即更換。

第四可能是電子開關(guān)（IGBT）被擊穿造成的，我們需要拆掉所有的IGBT控制線，并通過9 V電池或著是萬用表二極管檔位，表筆正負極在同一時刻觸及IGBT的柵極和源極，接著利用二極管檔位測量漏極和源極正反均導(dǎo)通，如果電子開關(guān)不存在故障，源漏兩極正反都可以導(dǎo)通，同時用手觸碰柵極和源極，阻斷電子開關(guān)，漏源兩極反向不通。當采用這樣的方式無法發(fā)生上述現(xiàn)象時說明電子開關(guān)已經(jīng)損壞。除此之外，如果當控制柵信號不存在時發(fā)生了漏源兩極正反均導(dǎo)通的現(xiàn)象，也可證明電子開關(guān)已經(jīng)損壞。一旦確定電子開關(guān)已經(jīng)損壞，就要馬上更換同型號電子開關(guān)。

3 結(jié)語

總之，通過對DF100A短波發(fā)射機功率模塊原理分析，進一步深入了解功率模塊的常見故障，有助于提升對功率模塊的維護能力，確保發(fā)射機可靠穩(wěn)定的運行。

［1］魏瑞發(fā)，陳錫安.脈階調(diào)制設(shè)備［M］.北京：廣播電影電視總局無線電臺管理局，1992.