淺談兩例DF100A型短波發(fā)射機(jī)功率模塊引起的雜音

國家新聞出版廣電總局九五一臺　高占全

淺談兩例DF100A型短波發(fā)射機(jī)功率模塊引起的雜音

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國內(nèi)PSM短波發(fā)射機(jī)是對內(nèi)、對外廣播發(fā)射宣傳的主力機(jī)型，所以對這類發(fā)射機(jī)穩(wěn)定性的要求是很高的，維護(hù)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(hù)經(jīng)驗，針對較難處理的功率模塊引起的雜音故障進(jìn)行了一點分析，與廣大同仁交流探討。

短波發(fā)射機(jī)；雜音；穩(wěn)定；技術(shù)維護(hù)；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(yīng)的正、負(fù)端分別標(biāo)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(dāng)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(yīng)的光電管，即如圖一中的U8，U8受光導(dǎo)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(hù)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(dǎo)通，這相當(dāng)于同U8對號的PSM開關(guān)被合上。反之，當(dāng)上述PSM開關(guān)受拉開信號控制時，U8沒有光輸入，相應(yīng)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(jī)后兩分鐘雜音問題

發(fā)射機(jī)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(fù)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(jī)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(jī)，監(jiān)聽仍有雜音，故此認(rèn)為音控系統(tǒng)正常，故障在機(jī)器本身。進(jìn)一步用示波器觀察機(jī)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(jī)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(jìn)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(dǎo)致了高末級屏壓的交流紋波較大，機(jī)器輸出雜音變壞。

100KWPSM機(jī)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(dǎo)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(jìn)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(dǎo)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?？捎?。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(dǎo)通，輸出700VDC；當(dāng)無光信號時，使DC開關(guān)管關(guān)斷，無700VDC輸出。

當(dāng)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(dǎo)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(hù)電路的與非門U11的9端（U11的8端開機(jī)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(dāng)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(rèn)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(dǎo)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(dāng)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(bǔ)償脈沖，使用48級功率開關(guān)循環(huán)導(dǎo)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(yuǎn)遠(yuǎn)小于失步保護(hù)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(dāng)某級光傳輸存在故障時，在開機(jī)最初的110S時間內(nèi)，機(jī)器認(rèn)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(yīng)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(hù)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(jī)器雜音消失，恢復(fù)正常。

光傳輸存在故障時，機(jī)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(dāng)于附加調(diào)制造成雜音?，F(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(jìn)行理論分析：

該信號在一個周期內(nèi)的表達(dá)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(yīng)部位進(jìn)行清潔或更換后機(jī)器再開機(jī)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(jī)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(dǎo)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(jī)保護(hù)管是導(dǎo)通的，此時開關(guān)管也是導(dǎo)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(rèn)為該級模塊正常，當(dāng)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(dǎo)通工作，從而在調(diào)制電壓上產(chǎn)生了紋波，致使雜音指標(biāo)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(jī)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(hù)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。