功率模塊故障的分析、處理

賈小勤

（國家新聞出版廣電總局六九四臺，內蒙古呼和浩特 010010）

功率模塊故障的分析、處理

賈小勤

（國家新聞出版廣電總局六九四臺，內蒙古呼和浩特 010010）

本文對DF100A發射機功率模塊中IGBT（絕緣門雙極晶體管）的開關管控制作了介紹，就開關管的過載保護原理及過程進行了闡述，并就模塊控制電路中的同步電路以及失步保護原理進行了說明。針對安全播出中遇到的功率模塊故障，結合前述的模塊IGBT控制原理進行了清楚地分析，闡明了處理功率模塊故障時的綜合判斷方法和分析思路。

功率模塊 過載保護 失步保護

1 故障現象

我臺DF100A型PSM發射機功率開關模塊出現過一起故障，故障現象為：加高壓后機器工作狀態正常，高末屏壓48個功率模塊全部工作正常，9單元狀態板上48個開關狀態指示燈也全部亮，當播音時節目開始曲響起，9單元狀態板上48個開關狀態指示燈就有一個熄滅，查看發現，相對應模塊上的輸出指示燈也熄滅，直到播音結束。下次重新開機播音時，又出現上述現象。查找故障原因時，加高壓逐步加調幅，直到調幅度達到100%才出現上述現象。加高壓不送調幅試機，無上述現象。

2 故障的分析、檢查

圖1 開關管控制電路

圖2 同步電路示意圖

分析功率模塊工作情況，出現這個故障現象前后，發射機工作情況的變化為載波狀態和調制狀態。對單個功率模塊來說，有調、無調和調幅度的大小都不影響其輸出電壓，只影響其輸出電流。48個功率模塊是串聯的，所以PSM調制器輸出的電流必然流過每個功率模塊。每個功率模塊中的電流有兩個通路，當開關管導通時，電流流過開關管，當開關管關斷時，電流流過空轉二極管。在載波情況下，流過開關管或空轉二極管的峰值電流就是被調極電子管的屏流IaoT。有調幅且m=100% 時流過開關管或空轉二極管的峰值電流就是被調極電子管的屏流IaoT的2倍，即Iao=2IaoT。實際工作中，載波時被調極電子管的屏流約為8.5A-9 A，也就是說載波時和m=100% 調制時流過開關管或空轉二極管的峰值電流分別是8.5A-9A和17A-18A。（如圖1所示）

根據故障現象判斷，該故障因和過流保護有關。在功率模塊中，和電流有關，因過流而實施保護措施的只有過載保護拾電鎳阻絲，該電阻絲由4根并聯而成，開關管發射極經由此電阻絲到負載。DF100A發射機中該電阻絲每根標稱值是0.1Ω，4根的總阻值為0.025Ω，在正常情況下該電阻絲相當于短路，當過載電流達到30A時保護動作，相對應的保護控制電壓為0.75V。這時開關管控制電路中光電耦合管U14二極管發光，使它的三極管飽和導電。U14的三極管集電極就由截止時的高電平翻轉為飽和導電時的低電平，這個低電平脈沖輸入到定時器U10的8號端，使它的9號端輸出高電平，此高電平經三級非門轉變為低電平，送到開關管門極，使對應的開關管拉開，防范了過載事故。其中U10輸出高電平的延時=1.1RC=1.1×47×103×10×10-6=517ms。

而此故障可以排除過載的情況，因為如果過載不會只有一個模塊實施過載保護，其他的卻正常工作，分析后認為是故障模塊拾電鎳阻絲有故障。取下故障模塊，檢查該模塊鎳阻絲發現有一根從一頭的焊點處斷開，使原來的4根并聯變成3根并聯。從理論上計算拾電電阻阻值就由0.025Ω增大為0.033Ω，這樣，當流過的電流到23A時拾電電壓達到0.75V的保護控制電壓，使保護動作。但實際工作中，正常情況下m=100%時流過模塊的電流約在17A-18A之間，與23A相比還有一定差距，應是實際阻值和理論阻值相比有變化。處理中實測單根電阻的阻值，都在0.12Ω-0.14Ω之間，并不是理論上的0.1Ω。這樣的話，3根并聯的阻值就不是0.033Ω，而是在0.04 Ω-0.047Ω之間，這使得流過模塊的電流在18.75A-15.96A之間時，過載保護即動作，拉開開關管。

我臺這部機播出的是對外節目，其開始曲開始時的信號較大，通過示波器觀察（音頻衰減器在正常位置），調幅度≥100%，這說明在有調時流過模塊的電流≥17A，這種情況下過載保護就會動作拉開開關管。

從故障現象看，在這個故障中，重新合電后該功率開關模塊仍可使用，可以確定IGBT中的開關管沒有擊穿或斷路，并且對應這個模塊的光纜和光纜接頭也沒有故障，但該故障功率模塊上不僅僅是開關管拉開，保護管也拉開了。那么，IGBT中的保護管是如何拉開的呢。在開關管控制電路中，當過載時U10輸出高電平，經三級非門轉變為低電平送倒開關管門極，拉開對應的開關管。此高電平是個延時517ms的信號，也就是說拉開開關管實施保護的時間為517ms，而48級PSM開關循環通斷一周的時間是（估算方法見脈階調制設備）遠遠小于517ms的。且在實施過載保護的時間內，當該級PSM開關的保護管沒有拉開時，9單元調制器控制器里的9A7環形調制器照常會給該級PSM開關發送拉開、閉合的指令。這個故障中過載保護使開關管控制電路中U10輸出高電平，進一步使U11A輸出低電平信號，這個低電平信號決定了不論是拉開還是閉合指令信號都不能影響U11D的輸出，即U11D輸出為高電平，經非門后變為低電平送倒開關管門極，開關管保持為打開狀態。這期間環形調制器發送來拉開

············指令時電路狀態和正常時循環調制器發送來拉開指令的狀態是一樣的，同步電路七點邏輯關系符合開關管未合時的情況。當發送來的是閉合開關的指令時，在圖3中A點為1、C點為1、D點為1、E點為0，此時按照正常情況循環調制器發送來的應是拉開指令，就是說F點應為低電平。可恰恰循環調制器發送來的是閉合指令，即F點實際為高電平，這使得G為高電平，而U9C的1號端如前所述為低電平，所以異或門U9C的輸出為高電平，也就是H=1。這種情況下同步電路七點邏輯關系和開關管因失效而斷路時的一樣，這樣Q1導通，使保護管控制電路輸出低電平拉開保護管，讓該級PSM開關停用，以免調制器總輸出直流電壓的交流紋波明顯增大，雜音電平指標變壞，造成劣播。于是就出現了故障中觀察到的現象。（如圖2所示）

3 處理

查明原因后，將該功率開關模塊上從焊點處斷開的那一根拾電鎳阻絲重新焊好，上機使用恢復正常，再未出現上述現象。

4 結語

通過這個故障的處理，說明在處理故障的過程中，理論上的分析要和元件實際情況及機器運行狀態等多種因素相結合，而且要把理論知識靈活應用，才能準確、快速的找到故障點并進行處理。

［1］魏瑞發，陳錫安.脈階調制設備，中國廣播電視出版社，1998.