機場多普勒天氣雷達發射機回掃電源基本工作原理及常見故障分析

趙剛

【摘要】 隨著中國航空事業的飛速發展，對航空飛行安全的保障能力也提出了越來越高的要求，而多普勒天氣雷達主要用于探測云況、不同類型的降水、清空湍流、風切變以及冰雹、下擊暴流、龍卷風等災害性天氣，使之成為了保障航空飛行安全必不可少的手段之一，因此空管系統對天氣雷達的正常運行也提出了越來越高的要求。本文主要簡述多普勒天氣雷達發射機回掃電源的基本原理及常見故障分析。將以成都錦江電子系統工程有限公司的714CDP型C波段雙偏振全相參多普勒天氣雷達為例，簡述發射機中回掃充電電路的基本工作原理及常見的故障分析。

【關鍵詞】 多普勒天氣雷達 回掃充電電源 工作原理 故障分析

發射系統是多普勒天氣雷達中一個重要的組成部分，主要包括了回掃電源、線性調制器系統、微波鏈路、監控分機及其它電路，回掃電源又是其中的重中之重。本文將以成都錦江電子系統工程有限公司的714CDP型C波段雙偏振全相參多普勒天氣雷達為例，簡述發射機中回掃電源的基本工作原理及常見的故障分析。

一、發射系統的基本組成及概述

本發射機采用全相參體制，固態射頻功率放大器推動高增益速調管構成放大式發射機。采用回掃充電電源作高壓電源，可控硅作調制開關，組成回掃充電調制器，經高變比脈沖變壓器形成高壓調制脈沖加于脈沖速調管陰極，由功放放大后的微波信號推動速調管工作，放大后的脈沖信號經饋線、天線輻射到空間。高功率電源直接用50Hz、380V電源整流，濾波與回掃充電一起，穩定性高，可實現變脈寬，變T工作，高壓電源紋波小。

二、回掃電源

回掃充電是一種先進的充電技術，回掃充電電路是開關電源用于脈沖調制器的一種特殊型式.與傳統的充電技術相比，它省去了笨重的高壓變壓器；具有很高的充電精度，可以方便地調節充電電壓的幅度，使調制器具有很強的適應正/負失配的能力及快速的故障保護功能。

回掃電源由高功率電源分機、充電控制分機、回掃變壓器和RC吸收網絡組成。

三、回掃充電電路基本工作原理

從定時器發出賦能指令開始到比較器發出賦能結束指令止，儲存在充電變壓器中的能量不斷增加，這段時間稱賦能時間， 賦能結束后充電開關管V1、V2關斷，加到開關管充電變壓器初級電流i1突降為零。由于鐵芯內磁場不允許突變，變壓器次級電流i2由零躍升為i2max，i2max= i1max/n，n是充電變壓器次級對初級的升壓比。在t2時段內，充電變壓器次級電感與調制器中的人工線PFN的電容C構成串聯諧振回路，在t2終點，i2下降為零，而人工線上的充電電壓升至Ucmax，完成了一個充電周期。事實上，由于存在漏感，在t2時段開始時，電流i1的下降有個過程，在這段時間里，漏感中的儲能通過回授二極管D1、D2（為軟性開關，簡稱SCR，如閘流管）返回510V直流電源，調制器中的充電二極管D3阻止人工線通過變壓器次級繞組放電。在t1時間，電流i1將能量以磁能形式儲入充電變壓器，因此稱為賦能電流；而流過回授二極管，將能量返回直流電源的直流稱為回授電流或反饋電流。

為確保人工線充電電壓的精度，必須精確控制儲入變壓器中的磁能的數值，即必須控制i1max的大小，也就是必須精確控制充電開關管開啟與關閉的時間間隔，而充電開關管的通斷則由賦能控制脈沖控制，賦能脈沖來自充電控制板。通過賦能電流與賦能脈沖寬度間的閉環，可最終確保人工線充電電壓的精確度。

四、回掃充電電路保護及檢測設置

（1）該電路在輸入380V，50Hz電壓時，設置了緩啟動方式，用以防止短路沖擊及啟動時的反饋過流。（2）在C1之后，IGBT之前設置了一個霍爾元件，可用于反饋電流檢測。（3）在兩個IGBT處設置了RC吸收網絡，防止開關兩頭的電流突變及充電變壓器處出現過大的反饋電流，導致IGBT擊穿。（4）在C1及L1之間有6只SCR，由于人工線會不斷的儲存能量，導致電壓不斷升高，當反饋電流過高時，會擊穿SCR，因此在人工線處設置了RC吸收網絡，防止反饋過流。（5）在人工線和脈沖變壓器初級之間設置了反峰電流檢測，主要用于檢測反峰電流。

五、常見故障分析

（1）假設脈沖變壓器初級等效電阻為RL，人工線阻抗為ρ，當RL<ρ時為負失配，RL>ρ時為正失配。正負失配主要用于判斷速調管性能是否良好，反峰電流就可以用于衡量正負失配。負失配時能量傳輸無法完全通過人工線，能量會在人工線不斷聚集，因此會采用RC吸收網絡用以保護電路。當速調管使用時間過長或發射能力下降時，電子發射能力減弱，電流變小，阻抗增大，會從負失配變為正失配，此時人工線聚集能量增大，反峰電流增大；當速調管失效時，速調管功率明顯減弱，反峰電流會明顯增大。（2）SCR脈沖一般為3～5μs，當SCR被擊穿時，可測量脈沖用以判斷，但是必須將散熱器與可控硅壓緊，不然無法測量其脈沖。C1與L1之間有6只SCR，每只SCR電阻正常位120KΩ，如果測量發現電阻為0，則可證明SCR被擊穿。（3）IGBT可用三用表測量，當其阻值過低時，代表被擊穿。其正常阻值可在運行正常時測量，并記錄。IGBT故障時還可以測量其觸發脈沖。在開假高壓時，可以測量IGBT觸發脈沖，下面介紹如何開假高壓。取掉整流分機輸入的380V電壓插頭，此時無緩啟動信號，無法開高壓，將充電控制分機的開關工作時放在“工作”按鈕，檢查時放在“檢查”按鈕，用以模擬緩啟動信號，此時開高壓，IGBT處無510V電壓，即為假高壓。開假高壓后，充電控制分機的充電控制板開始送出賦能脈沖到IGBT的驅動板上，此時可用示波器檢查IGBT的觸發脈沖是否正常，因為無高壓，因此可以保證示波器不會被燒壞。注意，兩個IGBT帶有虛流二極管，兩個IGBT并不相同，不可呼喚。（4）以下幾種情況，監測系統會報IGBT過流故障：①D3被擊穿；②充電變壓器次級短路（可能會報賦能過流）；③充電變壓器次級RC吸收網絡電容被擊穿；④C1與L1之間6只SCR被擊穿；⑤人工線被擊穿。

因為此雷達為雙偏振雷達，因此人工線有兩個脈寬，分別為1μs和2μs。當判斷人工線是否故障時，假設此時所用脈寬為1μs，監測系統報IGBT過流故障，轉換脈寬，變為2μs，如果正常則判斷人工線故障，被擊穿，否則，人工線正常。

總結：隨著民航事業的飛速發展，氣象多普勒雷達在民航氣象保障設備系統中扮演著越來越重要的位置，本文只是以714CDP雙偏振全相參多普勒天氣雷達為例，簡述了發射系統回掃電源的充電工作原理，以及對該電路常見故障做了簡單介紹，有許多不盡及不妥之處，希望能對天氣雷達維護人員有些許幫助，提高航空飛行安全的保障能力。

參 考 文 獻

[1] 機場多普勒天氣雷達培訓教材第四章發射和第十二章故障定位分析. 成都錦江電子系統工程有限公司endprint

【摘要】 隨著中國航空事業的飛速發展，對航空飛行安全的保障能力也提出了越來越高的要求，而多普勒天氣雷達主要用于探測云況、不同類型的降水、清空湍流、風切變以及冰雹、下擊暴流、龍卷風等災害性天氣，使之成為了保障航空飛行安全必不可少的手段之一，因此空管系統對天氣雷達的正常運行也提出了越來越高的要求。本文主要簡述多普勒天氣雷達發射機回掃電源的基本原理及常見故障分析。將以成都錦江電子系統工程有限公司的714CDP型C波段雙偏振全相參多普勒天氣雷達為例，簡述發射機中回掃充電電路的基本工作原理及常見的故障分析。

【關鍵詞】 多普勒天氣雷達 回掃充電電源 工作原理 故障分析

發射系統是多普勒天氣雷達中一個重要的組成部分，主要包括了回掃電源、線性調制器系統、微波鏈路、監控分機及其它電路，回掃電源又是其中的重中之重。本文將以成都錦江電子系統工程有限公司的714CDP型C波段雙偏振全相參多普勒天氣雷達為例，簡述發射機中回掃電源的基本工作原理及常見的故障分析。

一、發射系統的基本組成及概述

本發射機采用全相參體制，固態射頻功率放大器推動高增益速調管構成放大式發射機。采用回掃充電電源作高壓電源，可控硅作調制開關，組成回掃充電調制器，經高變比脈沖變壓器形成高壓調制脈沖加于脈沖速調管陰極，由功放放大后的微波信號推動速調管工作，放大后的脈沖信號經饋線、天線輻射到空間。高功率電源直接用50Hz、380V電源整流，濾波與回掃充電一起，穩定性高，可實現變脈寬，變T工作，高壓電源紋波小。

二、回掃電源

回掃充電是一種先進的充電技術，回掃充電電路是開關電源用于脈沖調制器的一種特殊型式.與傳統的充電技術相比，它省去了笨重的高壓變壓器；具有很高的充電精度，可以方便地調節充電電壓的幅度，使調制器具有很強的適應正/負失配的能力及快速的故障保護功能。

回掃電源由高功率電源分機、充電控制分機、回掃變壓器和RC吸收網絡組成。

三、回掃充電電路基本工作原理

從定時器發出賦能指令開始到比較器發出賦能結束指令止，儲存在充電變壓器中的能量不斷增加，這段時間稱賦能時間， 賦能結束后充電開關管V1、V2關斷，加到開關管充電變壓器初級電流i1突降為零。由于鐵芯內磁場不允許突變，變壓器次級電流i2由零躍升為i2max，i2max= i1max/n，n是充電變壓器次級對初級的升壓比。在t2時段內，充電變壓器次級電感與調制器中的人工線PFN的電容C構成串聯諧振回路，在t2終點，i2下降為零，而人工線上的充電電壓升至Ucmax，完成了一個充電周期。事實上，由于存在漏感，在t2時段開始時，電流i1的下降有個過程，在這段時間里，漏感中的儲能通過回授二極管D1、D2（為軟性開關，簡稱SCR，如閘流管）返回510V直流電源，調制器中的充電二極管D3阻止人工線通過變壓器次級繞組放電。在t1時間，電流i1將能量以磁能形式儲入充電變壓器，因此稱為賦能電流；而流過回授二極管，將能量返回直流電源的直流稱為回授電流或反饋電流。

為確保人工線充電電壓的精度，必須精確控制儲入變壓器中的磁能的數值，即必須控制i1max的大小，也就是必須精確控制充電開關管開啟與關閉的時間間隔，而充電開關管的通斷則由賦能控制脈沖控制，賦能脈沖來自充電控制板。通過賦能電流與賦能脈沖寬度間的閉環，可最終確保人工線充電電壓的精確度。

四、回掃充電電路保護及檢測設置

（1）該電路在輸入380V，50Hz電壓時，設置了緩啟動方式，用以防止短路沖擊及啟動時的反饋過流。（2）在C1之后，IGBT之前設置了一個霍爾元件，可用于反饋電流檢測。（3）在兩個IGBT處設置了RC吸收網絡，防止開關兩頭的電流突變及充電變壓器處出現過大的反饋電流，導致IGBT擊穿。（4）在C1及L1之間有6只SCR，由于人工線會不斷的儲存能量，導致電壓不斷升高，當反饋電流過高時，會擊穿SCR，因此在人工線處設置了RC吸收網絡，防止反饋過流。（5）在人工線和脈沖變壓器初級之間設置了反峰電流檢測，主要用于檢測反峰電流。

五、常見故障分析

（1）假設脈沖變壓器初級等效電阻為RL，人工線阻抗為ρ，當RL<ρ時為負失配，RL>ρ時為正失配。正負失配主要用于判斷速調管性能是否良好，反峰電流就可以用于衡量正負失配。負失配時能量傳輸無法完全通過人工線，能量會在人工線不斷聚集，因此會采用RC吸收網絡用以保護電路。當速調管使用時間過長或發射能力下降時，電子發射能力減弱，電流變小，阻抗增大，會從負失配變為正失配，此時人工線聚集能量增大，反峰電流增大；當速調管失效時，速調管功率明顯減弱，反峰電流會明顯增大。（2）SCR脈沖一般為3～5μs，當SCR被擊穿時，可測量脈沖用以判斷，但是必須將散熱器與可控硅壓緊，不然無法測量其脈沖。C1與L1之間有6只SCR，每只SCR電阻正常位120KΩ，如果測量發現電阻為0，則可證明SCR被擊穿。（3）IGBT可用三用表測量，當其阻值過低時，代表被擊穿。其正常阻值可在運行正常時測量，并記錄。IGBT故障時還可以測量其觸發脈沖。在開假高壓時，可以測量IGBT觸發脈沖，下面介紹如何開假高壓。取掉整流分機輸入的380V電壓插頭，此時無緩啟動信號，無法開高壓，將充電控制分機的開關工作時放在“工作”按鈕，檢查時放在“檢查”按鈕，用以模擬緩啟動信號，此時開高壓，IGBT處無510V電壓，即為假高壓。開假高壓后，充電控制分機的充電控制板開始送出賦能脈沖到IGBT的驅動板上，此時可用示波器檢查IGBT的觸發脈沖是否正常，因為無高壓，因此可以保證示波器不會被燒壞。注意，兩個IGBT帶有虛流二極管，兩個IGBT并不相同，不可呼喚。（4）以下幾種情況，監測系統會報IGBT過流故障：①D3被擊穿；②充電變壓器次級短路（可能會報賦能過流）；③充電變壓器次級RC吸收網絡電容被擊穿；④C1與L1之間6只SCR被擊穿；⑤人工線被擊穿。

因為此雷達為雙偏振雷達，因此人工線有兩個脈寬，分別為1μs和2μs。當判斷人工線是否故障時，假設此時所用脈寬為1μs，監測系統報IGBT過流故障，轉換脈寬，變為2μs，如果正常則判斷人工線故障，被擊穿，否則，人工線正常。

總結：隨著民航事業的飛速發展，氣象多普勒雷達在民航氣象保障設備系統中扮演著越來越重要的位置，本文只是以714CDP雙偏振全相參多普勒天氣雷達為例，簡述了發射系統回掃電源的充電工作原理，以及對該電路常見故障做了簡單介紹，有許多不盡及不妥之處，希望能對天氣雷達維護人員有些許幫助，提高航空飛行安全的保障能力。

參 考 文 獻

[1] 機場多普勒天氣雷達培訓教材第四章發射和第十二章故障定位分析. 成都錦江電子系統工程有限公司endprint

【摘要】 隨著中國航空事業的飛速發展，對航空飛行安全的保障能力也提出了越來越高的要求，而多普勒天氣雷達主要用于探測云況、不同類型的降水、清空湍流、風切變以及冰雹、下擊暴流、龍卷風等災害性天氣，使之成為了保障航空飛行安全必不可少的手段之一，因此空管系統對天氣雷達的正常運行也提出了越來越高的要求。本文主要簡述多普勒天氣雷達發射機回掃電源的基本原理及常見故障分析。將以成都錦江電子系統工程有限公司的714CDP型C波段雙偏振全相參多普勒天氣雷達為例，簡述發射機中回掃充電電路的基本工作原理及常見的故障分析。

【關鍵詞】 多普勒天氣雷達 回掃充電電源 工作原理 故障分析

發射系統是多普勒天氣雷達中一個重要的組成部分，主要包括了回掃電源、線性調制器系統、微波鏈路、監控分機及其它電路，回掃電源又是其中的重中之重。本文將以成都錦江電子系統工程有限公司的714CDP型C波段雙偏振全相參多普勒天氣雷達為例，簡述發射機中回掃電源的基本工作原理及常見的故障分析。

一、發射系統的基本組成及概述

本發射機采用全相參體制，固態射頻功率放大器推動高增益速調管構成放大式發射機。采用回掃充電電源作高壓電源，可控硅作調制開關，組成回掃充電調制器，經高變比脈沖變壓器形成高壓調制脈沖加于脈沖速調管陰極，由功放放大后的微波信號推動速調管工作，放大后的脈沖信號經饋線、天線輻射到空間。高功率電源直接用50Hz、380V電源整流，濾波與回掃充電一起，穩定性高，可實現變脈寬，變T工作，高壓電源紋波小。

二、回掃電源

回掃充電是一種先進的充電技術，回掃充電電路是開關電源用于脈沖調制器的一種特殊型式.與傳統的充電技術相比，它省去了笨重的高壓變壓器；具有很高的充電精度，可以方便地調節充電電壓的幅度，使調制器具有很強的適應正/負失配的能力及快速的故障保護功能。

回掃電源由高功率電源分機、充電控制分機、回掃變壓器和RC吸收網絡組成。

三、回掃充電電路基本工作原理

從定時器發出賦能指令開始到比較器發出賦能結束指令止，儲存在充電變壓器中的能量不斷增加，這段時間稱賦能時間， 賦能結束后充電開關管V1、V2關斷，加到開關管充電變壓器初級電流i1突降為零。由于鐵芯內磁場不允許突變，變壓器次級電流i2由零躍升為i2max，i2max= i1max/n，n是充電變壓器次級對初級的升壓比。在t2時段內，充電變壓器次級電感與調制器中的人工線PFN的電容C構成串聯諧振回路，在t2終點，i2下降為零，而人工線上的充電電壓升至Ucmax，完成了一個充電周期。事實上，由于存在漏感，在t2時段開始時，電流i1的下降有個過程，在這段時間里，漏感中的儲能通過回授二極管D1、D2（為軟性開關，簡稱SCR，如閘流管）返回510V直流電源，調制器中的充電二極管D3阻止人工線通過變壓器次級繞組放電。在t1時間，電流i1將能量以磁能形式儲入充電變壓器，因此稱為賦能電流；而流過回授二極管，將能量返回直流電源的直流稱為回授電流或反饋電流。

為確保人工線充電電壓的精度，必須精確控制儲入變壓器中的磁能的數值，即必須控制i1max的大小，也就是必須精確控制充電開關管開啟與關閉的時間間隔，而充電開關管的通斷則由賦能控制脈沖控制，賦能脈沖來自充電控制板。通過賦能電流與賦能脈沖寬度間的閉環，可最終確保人工線充電電壓的精確度。

四、回掃充電電路保護及檢測設置

（1）該電路在輸入380V，50Hz電壓時，設置了緩啟動方式，用以防止短路沖擊及啟動時的反饋過流。（2）在C1之后，IGBT之前設置了一個霍爾元件，可用于反饋電流檢測。（3）在兩個IGBT處設置了RC吸收網絡，防止開關兩頭的電流突變及充電變壓器處出現過大的反饋電流，導致IGBT擊穿。（4）在C1及L1之間有6只SCR，由于人工線會不斷的儲存能量，導致電壓不斷升高，當反饋電流過高時，會擊穿SCR，因此在人工線處設置了RC吸收網絡，防止反饋過流。（5）在人工線和脈沖變壓器初級之間設置了反峰電流檢測，主要用于檢測反峰電流。

五、常見故障分析

（1）假設脈沖變壓器初級等效電阻為RL，人工線阻抗為ρ，當RL<ρ時為負失配，RL>ρ時為正失配。正負失配主要用于判斷速調管性能是否良好，反峰電流就可以用于衡量正負失配。負失配時能量傳輸無法完全通過人工線，能量會在人工線不斷聚集，因此會采用RC吸收網絡用以保護電路。當速調管使用時間過長或發射能力下降時，電子發射能力減弱，電流變小，阻抗增大，會從負失配變為正失配，此時人工線聚集能量增大，反峰電流增大；當速調管失效時，速調管功率明顯減弱，反峰電流會明顯增大。（2）SCR脈沖一般為3～5μs，當SCR被擊穿時，可測量脈沖用以判斷，但是必須將散熱器與可控硅壓緊，不然無法測量其脈沖。C1與L1之間有6只SCR，每只SCR電阻正常位120KΩ，如果測量發現電阻為0，則可證明SCR被擊穿。（3）IGBT可用三用表測量，當其阻值過低時，代表被擊穿。其正常阻值可在運行正常時測量，并記錄。IGBT故障時還可以測量其觸發脈沖。在開假高壓時，可以測量IGBT觸發脈沖，下面介紹如何開假高壓。取掉整流分機輸入的380V電壓插頭，此時無緩啟動信號，無法開高壓，將充電控制分機的開關工作時放在“工作”按鈕，檢查時放在“檢查”按鈕，用以模擬緩啟動信號，此時開高壓，IGBT處無510V電壓，即為假高壓。開假高壓后，充電控制分機的充電控制板開始送出賦能脈沖到IGBT的驅動板上，此時可用示波器檢查IGBT的觸發脈沖是否正常，因為無高壓，因此可以保證示波器不會被燒壞。注意，兩個IGBT帶有虛流二極管，兩個IGBT并不相同，不可呼喚。（4）以下幾種情況，監測系統會報IGBT過流故障：①D3被擊穿；②充電變壓器次級短路（可能會報賦能過流）；③充電變壓器次級RC吸收網絡電容被擊穿；④C1與L1之間6只SCR被擊穿；⑤人工線被擊穿。

因為此雷達為雙偏振雷達，因此人工線有兩個脈寬，分別為1μs和2μs。當判斷人工線是否故障時，假設此時所用脈寬為1μs，監測系統報IGBT過流故障，轉換脈寬，變為2μs，如果正常則判斷人工線故障，被擊穿，否則，人工線正常。

總結：隨著民航事業的飛速發展，氣象多普勒雷達在民航氣象保障設備系統中扮演著越來越重要的位置，本文只是以714CDP雙偏振全相參多普勒天氣雷達為例，簡述了發射系統回掃電源的充電工作原理，以及對該電路常見故障做了簡單介紹，有許多不盡及不妥之處，希望能對天氣雷達維護人員有些許幫助，提高航空飛行安全的保障能力。

參 考 文 獻

[1] 機場多普勒天氣雷達培訓教材第四章發射和第十二章故障定位分析. 成都錦江電子系統工程有限公司endprint