陳昌文，孫傳東，蔣仕華，侯 亮，黃天福

(1.貴州省六盤水市氣象局，貴州 六盤水 553000；2.北京敏視達(dá)雷達(dá)技術(shù)有限公司，北京 100000)

0 引言

六盤水新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱“雷達(dá)系統(tǒng)”)為北京敏視達(dá)雷達(dá)有限公司生產(chǎn)的CINRAD/CA型雷達(dá)，是在貴州省安裝的第一部CA型雷達(dá)，主要由雷達(dá)數(shù)據(jù)采集(RDA)、雷達(dá)產(chǎn)品生成(RPG)、主用戶終端(PUP)、通信系統(tǒng)(VNC)等子系統(tǒng)組成。近年來(lái)，由于本部雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行處于磨合階段，雷達(dá)發(fā)射機(jī)頻發(fā)觸發(fā)器組件故障，導(dǎo)致觸發(fā)器內(nèi)3A11A1控制電路板電子元器件燒毀，致使雷達(dá)強(qiáng)制停機(jī)，無(wú)法正常運(yùn)行，嚴(yán)重影響著雷達(dá)設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性及數(shù)據(jù)的傳輸。本文以六盤水雷達(dá)系統(tǒng)具體的故障為原型，參考雷達(dá)用戶手冊(cè)和相關(guān)雷達(dá)故障排除方法[1-2]，對(duì)雷達(dá)觸發(fā)器組件的工作原理、故障發(fā)生機(jī)理等進(jìn)行分析，完成此類故障的維修及排除，為今后雷達(dá)設(shè)備正常運(yùn)行提供保障。

1 故障發(fā)生實(shí)例

2016年4月14日，雷達(dá)停止運(yùn)行，發(fā)射機(jī)面板顯示“觸發(fā)器故障”報(bào)警紅燈亮起，靠近發(fā)射機(jī)明顯能聞到燒焦氣味，抽出觸發(fā)器組件，直觀能看到3A11A1電路板上出現(xiàn)燒黑痕跡，將萬(wàn)用表打到蜂鳴檔檔位，分別檢查Q1場(chǎng)效應(yīng)管(IRFPS43N50K)(以下簡(jiǎn)稱“Q1”)的源極、漏極、柵極兩兩之間的導(dǎo)通情況，通過(guò)發(fā)出蜂鳴聲判斷兩極間是否被擊穿。由此判定3A11A1板Q1器件已經(jīng)被擊穿，并且電阻R23因過(guò)熱被燒壞。

2016年9月14日，按照開(kāi)機(jī)順序給雷達(dá)設(shè)備上電，經(jīng)預(yù)熱后，點(diǎn)擊運(yùn)行雷達(dá)控制軟件“Radar Control Console”按鈕，點(diǎn)擊“Start”啟動(dòng)雷達(dá)，打開(kāi)“RCW”控制界面，無(wú)法正常啟動(dòng)，經(jīng)多次重啟仍然出現(xiàn)報(bào)警提示(98：發(fā)射機(jī)不可操作，40：燈絲電源關(guān)閉,70：觸發(fā)放大器故障)，同樣發(fā)射機(jī)面板顯示“觸發(fā)器故障”報(bào)警紅燈亮起。

2018年8月17日對(duì)雷達(dá)進(jìn)行正常維護(hù)，維護(hù)完成后啟動(dòng)雷達(dá)時(shí)不能正常啟動(dòng)，報(bào)警顯示“觸發(fā)器故障”，檢查觸發(fā)器內(nèi)電路板3A11A1，發(fā)現(xiàn)D1二極管(MUR4100E)被擊穿。

2018年10月27日，遠(yuǎn)程運(yùn)行雷達(dá)控制軟件“Radar Control Console”，啟動(dòng)后發(fā)現(xiàn)只有10個(gè)產(chǎn)品生成，報(bào)警提示(98：發(fā)射機(jī)不可操作，45：發(fā)射機(jī)處于維護(hù)狀態(tài),70：觸發(fā)放大器故障,398：不可工作報(bào)警強(qiáng)制系統(tǒng)待機(jī))，經(jīng)到現(xiàn)場(chǎng)檢查觸發(fā)器，用同樣的方法得出電路板3A11A1板上Q1被擊穿。

2 觸發(fā)器控制板原理及故障分析

2.1 觸發(fā)器控制板原理

觸發(fā)電路板3A11A1電原理圖中，放電觸發(fā)定時(shí)信號(hào)經(jīng)接收器U1、電平轉(zhuǎn)換器U2及集成電路U3和MOS管專用驅(qū)動(dòng)電路U4，驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管Q1，輸出約200 V觸發(fā)脈沖。Q1的柵極控制信號(hào)是一個(gè)寬度4.5 μs，幅度15 V，周期700 μs～3.3 ms的電壓信號(hào)。漏極與200 V直流電之間是R23，R23阻值330 Ω，200 V直流電經(jīng)過(guò)RC濾波電路(圖1)。

工作流程：Q1的漏極與源極間斷路時(shí)，200 V直流電通過(guò)R23和R24給C16充電，C16左邊電勢(shì)是200 V，右邊0 V；當(dāng)Q1的柵極收到4.5 μs控制信號(hào)時(shí)，Q1的漏極與源極導(dǎo)通，C16電容左邊電勢(shì)瞬間被拉低到0V，由于電容兩極電勢(shì)差不能突變，C16右邊電壓瞬間被拉低到-200 V，C16電容通過(guò)J2的2腳放電，電壓-200 V的脈沖，脈沖寬度4.5 μs，該電壓會(huì)送到調(diào)制器內(nèi)可控硅放電控制板上的X1與X2上。-200 V的脈沖電壓送到可控硅控制板U1(圖2)，U1是一個(gè)變壓器，1個(gè)輸入端，8個(gè)輸出端，經(jīng)過(guò)U1變壓器后，8個(gè)輸出端電壓均為-25 V，這個(gè)-25 V電壓用來(lái)控制可控硅導(dǎo)通。由于篇幅有限，此處僅作了簡(jiǎn)單介紹。

圖1 RC濾波電路圖Fig.1 Circuit diagram of RC filter

圖2 可控硅控制板U1電路圖Fig.2 Circuit diagram of thyristor control board U1

2.2 故障分析

①觸發(fā)器控制板3A11A1上Q1被擊穿，柵極、漏極與源極之間兩兩短路，懷疑柵極電流過(guò)大，原柵極輸入電流是15 V/10 Ω=1.5 A。Q1短路后，來(lái)自J2的3腳200 V直流電與地之間只有一個(gè)330 Ω的電阻R23，加在R23電阻上的功率是(200 V×200 V)/330 Ω =121 W，導(dǎo)致R23發(fā)熱燒焦變黑。

②由于故障多數(shù)出在剛開(kāi)機(jī)時(shí)，發(fā)射機(jī)在開(kāi)輔助電的一瞬間，確實(shí)偶爾會(huì)產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤的控制脈沖，脈沖寬度可以達(dá)到毫秒級(jí)，所以懷疑故障原因是發(fā)射機(jī)輔助供電開(kāi)電的一瞬間，柵極處產(chǎn)生錯(cuò)誤的控制脈沖，控制脈沖寬度遠(yuǎn)大于4.5 μs，且此時(shí)漏極已有200 V直流供電，導(dǎo)致Q1導(dǎo)通時(shí)間過(guò)長(zhǎng)被擊穿燒壞。Q1漏源電壓，在開(kāi)關(guān)電的瞬間，有浪涌電壓，瞬間電壓值會(huì)超過(guò)500 V，Q1允許的最大漏源電壓為500 V。

③綜合考慮，還有可能是上電瞬間，調(diào)制器內(nèi)可控硅接收到來(lái)自觸發(fā)器輸送的電壓后，由于設(shè)計(jì)原因，可控硅正端電壓-200 V，對(duì)地端電壓0 V，之前使用的絕緣套桿較薄，且可控硅末端與整個(gè)絕緣套桿未作絕緣處理，整體連通成為地端，瞬間電壓擊穿絕緣層，使得可控硅正端變得與地端等電勢(shì)，此時(shí)電壓反沖，導(dǎo)致觸發(fā)器內(nèi)控制板3A11A1的Q1被擊穿，長(zhǎng)時(shí)間導(dǎo)通情況下燒壞R23。

3 故障處理

①更換燒毀的電阻R23。同時(shí)將Q1柵極輸入電阻R29的阻值由之前的10 Ω換成20 Ω。

②更換觸發(fā)器內(nèi)控制板3A11A1上Q1耐壓值為800 V的型號(hào)的場(chǎng)效應(yīng)管，且在漏極和源極間增焊接電容濾波。

③在D19二極管P1000M兩端加焊電容(圖3)，目的是增強(qiáng)其抗瞬間電壓沖擊的能力，防止被擊穿。當(dāng)有瞬間過(guò)高電壓時(shí)，增加的電容起到吸收多余能效的作用，從而保護(hù)D19不被燒毀。

④檢查發(fā)現(xiàn)電路板上電容C34(50V220uF)焊接安裝時(shí)存在缺陷，緊貼電路板安裝，且接觸壓在電路板的走線上，存在隱患，故在電容C34底端作增加絕緣墊片處理(圖4)。

⑤針對(duì)可控硅連接固定的絕緣套桿較薄情況，更換較厚的絕緣套桿，并在可控硅金屬固定桿末端加上絕緣墊片(圖5)，使得可控硅的末端與金屬固定桿處于良好絕緣。

圖3 二極管兩端加焊電容 圖4 電容底端絕緣處理 Fig.3 Welding capacitance at both ends of diode Fig.4 Insulation treatment of capacitor bottom

圖5 可控硅末端與金屬固定桿絕緣處理Fig.5 Insulation treatment of SCR end and metal fixing rod

4 結(jié)論

觸發(fā)器故障是多種元器件之間工作時(shí)互相牽制的共同影響，應(yīng)綜合分析考慮導(dǎo)致其故障的關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)，不能就更換單一個(gè)別電子元件使問(wèn)題得以解決。六盤水雷達(dá)系統(tǒng)觸發(fā)器故障現(xiàn)象經(jīng)過(guò)上述一系列維修及處理之后，已正常運(yùn)行3個(gè)月，至今觸發(fā)器再無(wú)此類故障發(fā)生，說(shuō)明通過(guò)上述處理措施有效，但是類似故障是否能一次性完全解決，還有待繼續(xù)觀察。

雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，首先要根據(jù)報(bào)警信息結(jié)合維修版面的指示報(bào)警情況作出相應(yīng)的判斷，并初步判斷故障原因，故障位置，雷達(dá)保障維護(hù)人員要牢記熟悉關(guān)鍵檢測(cè)點(diǎn)的波形、電壓等參數(shù)范圍。每個(gè)雷達(dá)站均配有簡(jiǎn)單的檢測(cè)儀器如示波器、功率計(jì)、萬(wàn)用表等，雷達(dá)保障維護(hù)人員要熟悉并會(huì)使用這些儀器進(jìn)行基本的測(cè)量工作。

雷達(dá)觸發(fā)器故障大部分發(fā)生在雷達(dá)站停電或開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)刻，故障發(fā)生后，首先識(shí)別報(bào)警信息是否是觸發(fā)器故障所致；其次檢查觸發(fā)器內(nèi)部各元器件有無(wú)燒毀變黑的現(xiàn)象，著重檢查Q1、Q23等主要器件是否發(fā)熱燒壞，使用萬(wàn)用表測(cè)試主要器件通斷情況，避免因某些器件老化或者失效，引起其他故障的發(fā)生；接著檢查觸發(fā)器控制板的測(cè)量點(diǎn)波形和電壓，根據(jù)檢測(cè)情況判斷故障器件，并進(jìn)行排除；最后故障未消除之前，不要盲目重新上電開(kāi)機(jī)啟動(dòng)，以免引發(fā)二次故障，造成更大的損失。