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淺談兩例DF100A型短波發(fā)射機功率模塊引起的雜音

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國內(nèi)PSM短波發(fā)射機是對內(nèi)、對外廣播發(fā)射宣傳的主力機型，所以對這類發(fā)射機穩(wěn)定性的要求是很高的，維護的深度和廣度要求也要提高到更高水平。筆者結(jié)合豐富的自身維護經(jīng)驗，針對較難處理的功率模塊引起的雜音故障進行了一點分析，與廣大同仁交流探討。

短波發(fā)射機；雜音；穩(wěn)定；技術(shù)維護；安全播出

1　功率模塊工作原理

1.1開關(guān)管控制電路圖

開關(guān)管的控制電源來自2號輔助整流器，其輸出電壓為12V，相應的正、負端分別標示為12VB和B。其中的B端與對號PSM開關(guān)開關(guān)管的輸出端，即該管的發(fā)射極相連。

1.2開關(guān)管控制原理

當某個PSM開關(guān)的合閘信號由電信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘枙r，它通過光纜傳送到一個對應的光電管，即如圖一中的U8，U8受光導通并輸出低電平。其后的與非門U11B有一個輸入端固定為高電平，它和來自U8的低電平相“與”而又倒相為1信號。這個1信號輸入到與非門U11D的一端，它的另一個輸入端在過載鎳阻絲保護不起作用時也是1信號，故其輸出為0信號。再經(jīng)非門U12為1信號即高電平，所以開關(guān)管門極得高電平觸發(fā)而導通，這相當于同U8對號的PSM開關(guān)被合上。反之，當上述PSM開關(guān)受拉開信號控制時，U8沒有光輸入，相應的開關(guān)管的門極輸入為低電平，即對號的PSM開關(guān)被拉開。

2　故障分析

2.1功率模塊引起的開機后兩分鐘雜音問題

發(fā)射機故障現(xiàn)象：1）加高壓最初兩分鐘左右的時間里，輸出監(jiān)聽音質(zhì)極差，雜音很大。2）調(diào)制器中除一模塊直流端指示燈不亮，其它模塊均正常指示。3）調(diào)制控制器狀態(tài)板的指示燈都正常發(fā)光。4）2分鐘左右后輸出音質(zhì)恢復正常，雜音消失，狀態(tài)板指示有一指示燈滅。5）落高壓重新開機現(xiàn)象依舊。

故障分析及處理：根據(jù)故障現(xiàn)象，斷掉音頻輸入、加載波試機，監(jiān)聽仍有雜音，故此認為音控系統(tǒng)正常，故障在機器本身。進一步用示波器觀察機器輸出，波形為一矩形信號的調(diào)幅波，但觀察頻率綜合器載波輸出正常，初步斷定雜音是由于機器某一級功放的直流饋電交流紋波太大所引起。

根據(jù)故障現(xiàn)象，加高壓后始終有一功率模塊無直流輸出（直流端指示燈不亮），而高末級功放的直流饋電就是由20級功率模塊的輸出相疊加來提供的，就此進一步推斷故障點在PSM調(diào)制器的功率模塊上。用示波器觀察調(diào)制器輸出的屏壓取樣，波形也證實了調(diào)制器在其循環(huán)工作的一個周期的某段時間內(nèi)屏壓輸出較正常值小，功率模塊該合而未合上會造成此種現(xiàn)象，這就導致了高末級屏壓的交流紋波較大，機器輸出雜音變壞。

100KWPSM機的調(diào)制器由48塊700VDC輸出的功率模塊組成，采用“先合先拉，先拉先合”的循環(huán)導通方式工作，功率開關(guān)的通、斷由調(diào)制控制器發(fā)送信號進行控制，其信號的傳輸采用光傳輸，媒介采用光纜，是為了實現(xiàn)高低電壓間的有效隔離。

正常工作時，加高壓后AC開關(guān)管導通，使壓控振蕩器得電起振，輸出37KHz信號，使光發(fā)射管發(fā)光，通知調(diào)制控制器本級PSM開關(guān)正常可用。調(diào)制控制器送來合閘信號時，光電管U8接收光信號輸出低電平“0”，控制DC開關(guān)管導通，輸出700VDC；當無光信號時，使DC開關(guān)管關(guān)斷，無700VDC輸出。

當本級開關(guān)光傳輸存在故障，調(diào)制控制器送出了光信號要求本級開關(guān)導通，但由于接收不到光信號，光電管U8的1端仍送出高電平“1”，DC開關(guān)管合不上。同時這個高電平“1”送到失步保護電路的與非門U11的9端（U11的8端開機0.66秒后固定為“1”），其10端輸出“0”送到U9的9端（U9的8端固定為“1”），U9輸出高電平，使定時器U10的低電平觸發(fā)端6得“1”， 對U10的輸出狀態(tài)無影響。此時Q2的柵極為“0”，Q2截止，12VB通過R33、R34支路對C33充電，使U10定時器的高電平觸發(fā)端2電平不斷升高，當經(jīng)歷一定延時升高到8V大于3端的電平時（3端的電平值由內(nèi)部電阻分壓為8V），U10內(nèi)部比較器翻轉(zhuǎn)，U10輸出由正常時的“1”變?yōu)椤?”，經(jīng)反相器U6變?yōu)椤?”，這個高電平信號送至同步檢測電路，同步檢測電路控制AC開關(guān)管拉開，光發(fā)射管不發(fā)光，調(diào)制控制器接收不到本級開關(guān)回信號，認為本級PSM開關(guān)故障，不再安排它工作，自動甩開了該級PSM開關(guān)。

上述過程中，C33的充電延時是為了防止功率模塊在循環(huán)導通的拉閘時間段， AC開關(guān)管被誤動作拉開而設(shè)置的。

也就是當U8在110S連續(xù)的時間內(nèi)得不到光信號才使本級AC開關(guān)管拉開，通知調(diào)制控制器甩開本級功率模塊。

載波狀況下，調(diào)制器采用的是fc=70KHz的PDM補償脈沖，使用48級功率開關(guān)循環(huán)導通，故每級開關(guān)通斷的頻率為：

周期為：

載波狀況，每一時刻調(diào)制器使用20塊功率模塊疊加輸出，為被調(diào)級提供直流屏壓故單塊功率模塊合閘的占空因數(shù)為20/48=0.417，拉閘的占空因數(shù)為28/48=0.583，拉閘時間段是686×0.583=400μs。

由于拉閘時間段400μs遠遠小于失步保護電路動作所需的延時時間110S，所以正常工作時，雖然拉閘時間段C33也在充電，但由于時間太短，不足以使定時器U10翻轉(zhuǎn)，也就不會誤動作拉開AC開關(guān)管。

綜上所述，當某級光傳輸存在故障時，在開機最初的110S時間內(nèi)，機器認為此級功率開關(guān)在工作，但其實際并未輸出700VDC，造成加在PA管屏極的高壓與實際應加直流電壓值不符，調(diào)制后的電波產(chǎn)生失真，形成雜音。兩分鐘后失步保護電路動作，拉開AC開關(guān)管，使壓控振蕩器失電停振，通知調(diào)制控制器本級PSM開關(guān)故障。調(diào)制控制器不安排其工作，機器雜音消失，恢復正常。

光傳輸存在故障時，機器輸出的波形為一矩形信號的調(diào)幅波，據(jù)《通信系統(tǒng)原理》中的信號分析可知矩形信號的頻譜很寬，在這里其頻譜分量的主要部分就相當于附加調(diào)制造成雜音。現(xiàn)對含有交流紋波的屏壓取樣波形f（t）用傅立葉級數(shù)進行理論分析：

該信號在一個周期內(nèi)的表達式為：

將f（t）展開為三角形式的傅氏級數(shù)：

由于f（t）是偶函數(shù)，故其傅氏級數(shù)中只含有常數(shù)項和余弦項。

其中：

從上述分析可知正是交流紋波的各次諧波帶來了雜音，一次諧波幅度最大，其頻率為：

此時檢查光傳輸通路：光纜頭是否插接好或不潔凈；功率模塊控制板光接收管HFBR—2521及調(diào)制控制器光發(fā)射管HFBR—1521是否有損壞現(xiàn)象。對相應部位進行清潔或更換后機器再開機時正常。

2.2功率模塊引起的持續(xù)雜音問題

故障現(xiàn)象：加高壓后，輸出監(jiān)聽有雜音，過110S仍存在雜音，退音周后，仍然存在雜音，察看機器表值，功率模塊及相關(guān)指示都正常。

故障分析及處理：根據(jù)產(chǎn)生雜音比較，發(fā)現(xiàn)與由于光傳輸產(chǎn)生的兩分鐘雜音較為相似。根據(jù)測量結(jié)果看發(fā)現(xiàn)功率模塊控制板上HFBR-2521光接收管損壞，其1端始終輸出低電平“0”，這樣使U11 的4腳輸出“1”，那么在沒有過載的情況下U11的11腳輸出“0”，通過非門輸出“1”導通開關(guān)管。同時光接收輸出“0”到U11的9腳，使U11始終保持高電平“1”，110S電路失去作用。同時通過U11的4腳輸出“1”到U9的6腳，一開機保護管是導通的，此時開關(guān)管也是導通的，所以U9的5腳為“1”與U9的6腳同步，以致同步檢測電路失去作用，檢測不到HFBR-2521光接收管損壞這種情況，這樣調(diào)制器認為該級模塊正常，當要求該級拉斷時，但該級卻無法拉斷。這樣就產(chǎn)生了“該斷未斷”的情況，使此級模塊一直導通工作，從而在調(diào)制電壓上產(chǎn)生了紋波，致使雜音指標變壞。這種情況下的雜音不加處理回一直存在，直至IGBT因長時間工作得不到休息而損壞，以此級模塊被甩開停用而結(jié)束。

故障處理：加高壓后，降功率為5KW，此時觀察調(diào)制器各模塊直流輸出指示燈，明顯較其它模塊亮的那一級模塊既為故障模塊，更換此模塊控制板即可。

3　結(jié)語

希望通過以上兩個典型DF100A型發(fā)射機典型功率模塊故障的判斷分析處理過程，能夠幫助技術(shù)維護人員理清故障處理思路，更快捷的找到處理故障的分析判斷方法。