張海標(biāo) 馬沖 江蘇廣播電視總臺廣播發(fā)射中心

3DX-50發(fā)射機功放模塊原理與常見故障分析

張海標(biāo) 馬沖 江蘇廣播電視總臺廣播發(fā)射中心

江蘇廣播發(fā)射中心肩負著6套中波頻率的播出任務(wù)，6套頻率中有5套共10臺發(fā)射機采用3DX-50發(fā)射機，每臺發(fā)射機有62塊功放模塊。在發(fā)射機的日常運行中，功放模塊是最容易損壞的部件，對功放模塊的維護是保證發(fā)射機安全運行的重要工作。本文著重介紹功放模塊的原理與常見故障，并對日常運行中出現(xiàn)的一次故障進行分析，以加深對功放模塊的理解，從而提高處理故障的能力，提升發(fā)射機安全播出的保障能力。

功放模塊 故障分析 維修實例

1. 引言

3DX系列發(fā)射機是美國（HARRIS）公司生產(chǎn)的比較成熟的機型，我臺新建的發(fā)射中心有5套頻率共10臺發(fā)射機采用了3DX-50發(fā)射機，替代了以前的DX系列機器。3DX系列是數(shù)字直接驅(qū)動（digital direct drive），相對于以前DX機器，3DX的制造安裝中大量采用了模塊化插拔的方式，在便于維護、方便拆卸的同時，也容易產(chǎn)生各種潛在的問題。功放模塊是日常運行中最易發(fā)生問題的部件，對功放模塊的正常維護及維修在發(fā)射機安全運行中起著非常重要的作用。

2. 功放模塊的工作原理

3DX-50功放模塊位于發(fā)射機中間機柜的功放柜中。功放柜裝有62個功放模塊和4個二進制模塊，還包含了4個調(diào)制編碼器，2個二進制電源和2個功放電源。所有的功放模塊和調(diào)制編碼器通過插頭插入安裝于機柜后的8塊功放母板上。功放柜里有兩種不同的母板：頂部母板和底部母板，在功放柜中分左右兩列安裝。每塊頂部母板安裝8塊功放模塊，每塊底部母板安裝8塊功放模塊及1塊二進制模塊。每一塊功放模塊在功放母板及濾波板上都有兩對輸入輸出接頭。一對是功放模塊的300V電源A、B輸入，另外一對是功放模塊的射頻輸出。

3DX-50發(fā)射機的功放模塊采用的是電壓型無源逆變技術(shù)，用八個場效應(yīng)管Q1～Q8 并接成四對，八個二極管D1～D8 一一對應(yīng)地反向并聯(lián)在Q1～Q8 上，變壓器初級線圈L連接在兩側(cè)，構(gòu)成全橋逆變電路。

信號A、B 是兩組相位相差180 度的載頻頻率開關(guān)信號，信號A 由載頻正半周轉(zhuǎn)化而來，信號B 由載頻負半周轉(zhuǎn)化而來。兩者與工作信號通過門電路共同控制Q1～Q8 的導(dǎo)通、關(guān)閉，如同開關(guān)一樣。D1～D8 在電路中起續(xù)流作用。功放模塊原理圖見圖1。

圖1 功放模塊原理圖

需要模塊工作時，工作信號送出高電平，觸發(fā)器D送出“1” 信號Q1～Q8 完全由A、B信號控制。在載波周期的正半周，使Q1/Q3、Q6/Q8 導(dǎo)通，Q2/ Q4、Q5/Q7 關(guān)斷，將+V左正右負地加到變壓器初級線圈 L上；在載波周期的負半周，使Q2/Q4、Q5/ Q7 導(dǎo)通，Q1/Q3、Q6/Q8 關(guān)斷，將+V左負右正地加到變壓器初級線圈L上。這樣功放模塊輸出一個載頻方波電壓到變壓器初級線圈L 上（L 串聯(lián)一個電容避免直流電壓通地）。變壓器初級線圈L屬于感性負荷，使得功放模塊工作時電流變化滯后于電壓，反向并聯(lián)在Q1～Q8 上的D1～D8，起續(xù)流作用，防止電壓變化時變壓器初級上的反電動勢反向擊穿Q1～Q8。

在模塊工作時，同側(cè)上下兩對場效應(yīng)管在信號A、B 控制下輪流導(dǎo)通，若A、B 的高電平有交迭情況，則同側(cè)兩對場效應(yīng)管同時導(dǎo)通，導(dǎo)致直流電壓+V 對地短路。所以，載頻開關(guān)信號A、B 需要經(jīng)過空載時間發(fā)生器處理，它們高電平之間有空載時間，空載時間內(nèi)A、B 均為低電平，使Q1～Q8 都關(guān)閉。如果空載時間少于最低的40ns，會發(fā)生功放故障，同時會關(guān)閉模塊并且把模塊故障信號發(fā)送到調(diào)制編碼器。

3. 功放模塊常見故障分析及維修

3.1 功放模塊常見故障

當(dāng)功放模塊出現(xiàn)故障時，首先需要判斷是功放自身的故障還是功放板所處位置造成的故障。

（1）功放模塊持續(xù)損壞

任何形式持續(xù)或重復(fù)的故障表明RF功放或發(fā)射機此位置出現(xiàn)問題。當(dāng)故障發(fā)生后，通常的檢修方法是將修好的功放置于正常工作的臺階，同時將正常運行的功放置于故障發(fā)生處。此方法能很快判斷出是功放自身的故障還是功放板所處位置造成的故障。

（2）任一位置同一功放模塊重復(fù)損壞

晶體管墊片有缺陷：破損的MOSFET管絕緣墊片會使晶體管短路。檢查墊片中是否有硬碎片或者散熱片上是否有毛刺和污漬。

ON/OFF線路缺陷：檢查RF功放板上所有低壓線路是否有缺陷部分。假如一側(cè)有問題，就集中檢查此側(cè)。假如未發(fā)現(xiàn)有問題，則去掉保險絲后檢查橋驅(qū)動的相位調(diào)整是否有問題。

印刷電路板上的虛焊：檢查所有焊接點是否有虛焊，尤其是橋線路上的焊接點。

（3）同一位置上持續(xù)損壞功放板

錯誤的RF橋驅(qū)動:橋驅(qū)動的相位與其它模塊的驅(qū)動相位必須是同相的。造成不正確的橋驅(qū)動相位的原因為RF功放晶體管有缺陷或者母板連接有問題。

錯誤的漏極相位:和一個模塊與其他模塊的RF橋驅(qū)動相位差必須在幾度內(nèi)一樣，RF功放MOSFET管漏極開關(guān)的相位也必須同相。即使RF驅(qū)動是正確的，其它原因也會造成漏極相位不同步。造成錯誤漏極相位的原因有，連接不緊、RF功放錯誤效率線圈的接入、損壞的MOSFET管、RF功放輸出磁環(huán)線圈有缺陷。由于相位問題造成損壞的功放板在損壞前仍可運行很短的時間，在這種情況下，這個模塊會比其它的模塊熱。這就是模塊不同相的很好的提示。

輸出磁環(huán)線圈缺陷:每個RF功放的輸出磁環(huán)線圈是將RF輸出耦合到功率合成器上的。假如磁環(huán)有缺陷，功放不能有效運行會導(dǎo)致?lián)p壞。應(yīng)檢查磁環(huán)是否有裂縫或者是否有電弧產(chǎn)生的痕跡。有些檢查能通過合成器罩的小窗口進行，但要進一步的檢查必須將合成器罩卸下。

3.2 功放模塊常見維修方法

MOSFET管與保險絲是功放模塊中最容易損壞的元件，有故障的功放模塊要經(jīng)常對這兩個元件進行檢測與更換。（1） 測試MOSFET管：檢查MOSFET管時要用電池電壓為3V到18V之間的歐姆表，測試能顯示MOSFET管怎樣通過其柵極的充放電實現(xiàn)MOSFET管的開關(guān)。 將晶體管面向上置于絕緣表面。將歐姆表的正極與晶體管漏極（中間極）相連，歐姆表負極與其源極（右極）相連，接觸跳線從柵極（左極）到源極開啟MOSFET管，然后從柵極到漏極關(guān)閉MOSFET管。當(dāng)MOSFET管關(guān)閉時，歐姆表讀數(shù)為無窮大（至少在2MΩ）；當(dāng)MOSFET管開啟時，歐姆表讀數(shù)應(yīng)小于90KΩ。在測試時不能用手接觸管腳。

在維修功放板時，即使只有一只或兩只MOSFET管被擊穿，仍建議更換模塊損壞一側(cè)的所有MOSFET管。當(dāng)重新接通電源時，剩下的MOSFET管可能被擊穿，功放板兩側(cè)的保險絲互不干擾。如果新更換的MOSFET管未起作用，經(jīng)測試后未損壞的MOSFET管可作為備用件換上。

更換MOSFET管:檢查晶體管的墊片，當(dāng)晶體管從散熱片卸下時可能被損壞，更換已損墊片。更換MOSFET管中間管腳的磁環(huán)。將晶體管插入板子，到MOSFET管與散熱片連接的螺絲就位時方可緊固。將MOSFET管與散熱片緊固，擰緊晶體管與散熱片和板子連接的螺絲。

（2） 測試并更換保險絲: 用歐姆表判斷保險絲的好壞，然后根據(jù)型號表中的型號更換。

圖2 功放模塊實物圖

4. 功放模塊故障及維修實例

某次正常停機維護發(fā)射機后，在開機試機時，聽見一聲劇烈的爆破聲，同時發(fā)射機自動關(guān)機。初步判斷是發(fā)射機中有零部件短路被損壞，最有可能的是功放模塊。斷電、打開發(fā)射機功放柜后，聞到了一種元器件被燒的糊味，一個個逐步排查，最終發(fā)現(xiàn)是位于底部左側(cè)的一個功放模塊損壞。拆下該模塊后，發(fā)現(xiàn)有燒毀的痕跡，仔細檢查功放模塊，發(fā)現(xiàn)MOSFET管和保險絲都已經(jīng)損壞，印刷電路板背面的金手指到保險絲的線路已經(jīng)燒斷，造成了此功放模塊的徹底損壞，如圖3所示。

圖3 被損壞的功放模塊背面

然后打開功放柜后面的柜門，發(fā)現(xiàn)功放柜后面兩側(cè)的保險絲板有4個保險絲被熔斷，拆開查看濾波板與功放母板，發(fā)現(xiàn)有少量拉弧的痕跡，對于造成這類情況的原因，分析功放模塊故障的電路圖如圖4所示。

圖4 功放模塊部分電路圖

圖4顯示功放模塊母板送過來的300v電壓，通過金手指在上面的電路并沒有放電短路通道，然而卻造成了功放模塊的印刷電路板燒毀，以及保險絲和MOSFET管的損壞。根據(jù)經(jīng)驗分析，這是由于金手指的接頭接觸不良，從而引起合成變壓器初級的感應(yīng)電壓沒有放電回路而拉弧，從而導(dǎo)致功放模塊發(fā)生燒毀。由于發(fā)射機接頭、接點經(jīng)常出現(xiàn)氧化現(xiàn)象，極容易出現(xiàn)接觸不良的情況。根據(jù)電路原理分析，合成變壓器初級線圈在功放模塊的放電回路中斷，從合成變壓器的次級感應(yīng)的電壓，由于得不到及時的泄放，而產(chǎn)生很高的感應(yīng)電壓。在100%幅度調(diào)制的情況下，開通模塊數(shù)為48塊，其感應(yīng)電壓更高達48U，在如此高電壓之下，就容易出現(xiàn)功放母板及濾波板的電路板拉弧，造成功放模塊的損壞。

5. 總結(jié)

本文介紹了3DX-50發(fā)射機功放模塊的基本原理，列舉了日常維護中常見的故障以及維修方法，并對一例實際故障進行了分析。從本人設(shè)備維護的經(jīng)驗來看，平時要多檢查發(fā)射機各個連接節(jié)點是否連接可靠，應(yīng)杜絕接觸不良情況的發(fā)生，盡最大努力保障設(shè)備的安全播出。

[1] 廣播電視安全播出管理規(guī)定及專業(yè)實施細則

[2] 張丕灶，劉鐵軒等. 全固態(tài)中波發(fā)送系統(tǒng)調(diào)整與維護

[3] 3DX-50發(fā)射機說明書圖紙