影響大功率短波調幅發射機功率的因素解析

羅天涯（作者單位：國家新聞出版廣電總局）

影響大功率短波調幅發射機功率的因素解析

羅天涯
（作者單位：國家新聞出版廣電總局）

摘 要：近十多年來，微電子技術和數字技術的發展，使廣播發送技術出現了質的飛躍，其中大功率短波調幅發射機就是電子科學技術化發展的一項體現。無線廣播電臺利用大功率短波調幅發射機進行信息的接收與發送，為了使聽眾能夠聽到高質量的聲音，廣播電臺的技術人員在日常工作中都會努力使設備運行得更加穩定、可靠。但在實際運行過程中經常會因發射機的功率出現一些問題，進而影響發射機的運行技術指標和播出效果。本文針對影響短波調幅發射機功率的相關因素進行分析，旨在提升短波發射機在實際應用上的效果。

關鍵詞：短波調幅發射機；PSM功率模塊；高末屏壓

在利用大功率短波調幅發射機進行信號傳遞時，為了反映發射機的工作情況和技術性能，通常要對發射機提出一些要求，以作為設計或使用發射機的依據。但就發射機在功率方面的掌握而言，尚存在一定缺陷，出現功率降低的情況，致使高末屏壓不足，使得短波發射機不能維持正常的工作。對此，需要相關人員進行深入研究，找到致使發射機功率降低的因素所在。

1　大功率短波調幅發射機概述

大功率短波調幅廣播發射機是振幅調制為基本調制方式的發送裝置。這種發射機的射頻工作頻率在短波波段（3.2～26.1 MHz）。大功率短波調幅發射機主要由激勵器、開關電源以及接口電路等主要部件組成。激勵器是對射頻信號源頭的一種表示。對于開關電源而言，其最為重要的作用就是將充足的電源提供給發射機，并且使大功率短波發射機因出現高溫高壓故障而引發損失的情況盡可能地避免或降低。

2　影響大功率短波調幅發射機功率的因素

目前廣播電臺使用的大功率短波調幅發射機都使用PSM技術來控制調制電壓，然而長期面對高負荷工作，會導致功率模塊中的濾波電解電容量逐漸產生降低的情況，電容容量便會出現不足。

2.1IGBT柵極電阻產生的影響

PSM發射機功率模塊由低壓整流器、IGBT組成的電子開關和空轉二極管DF等組成。其中IGBT的組成中涵蓋了兩只串聯的晶體管，兩個柵極均具備了場效應管的電壓控制特性，對于輸出端的晶體管統一稱之為開關管，對于輸入端的晶體管統一稱之為保護管。當功率模塊處于一種正常工作的狀態中時，開關管能夠對IGBT通過開關控制電路實施控制，而保護管一直未維持在導通的狀態中。

IGBT能夠對PSM功率模塊中輸出的電壓實施控制，同時IGBT具備的開關特性又會因為響應柵極電容的再充電受到控制，柵極電容再充電會從柵極電阻受到控制，外部電阻RG會對IGBT的開關特性實施控制。

IGBT開關管中的輸入的電容會在開關期間產生變化，并且會不斷進行充電與放電，充放電的時間依據開關管導通與關閉期間因受到柵極電阻RG控制時柵極電流IG脈沖幅值的大小而變化。當柵極電阻RG阻值減小時，柵極峰值電流就會相應增加，而此時導通與關閉的時間就會相應縮短并且會降低開關的損耗。然而這時伴隨柵極電阻阻值減小時，大電流切換的速度就會過快，那么就需要對產生的電流上升率di/dt予以一定的考慮。因為柵極驅動電路中會有雜散電感存在，快速導通以及關斷開關管就會分別產生較高的dv/dt和di/dt，此時電磁干擾（EMI）也會大幅度增多，進而破壞IGBT的開關特性，也就令功率模塊中輸出的脈沖電壓降低了占空比。

另一方面，如圖1IGBT柵極電阻同開關時間關系圖所示，柵極驅動電壓VG處于同一時間寬度下的時候，當柵極電阻的阻值在28 Ω時，IGBT導通的時間為1.2 μs，而當柵極電阻的阻值在5 Ω時，導通的時間為0.4 μs，可見隨著阻值的增加，導通的時間也會相應的變長，導致出現了較高的占空比。

圖1　IGBT柵極電阻同開關時間關系圖

在實際應用的過程中，對柵極電阻的要求一般為非諧振并且溫度系數較小的電阻，此外，還建議對電阻之間進行并聯處理。根據圖1中的數據可以發現，當處于同一時間寬度的柵極驅動電壓VG環境下，柵極電阻的取值增加時，占空比就會升高，導致IGBT功率模塊中輸出的電壓值相應也會升高。

圖2　DF500A國產短波發射機功率模塊采用的開關狀態檢測電路

圖3　基準電壓饋電電路

2.2開關狀態檢測電路產生的影響

在每個功率模塊上均會受控于兩條光纜，其中的一條光纜能夠對循環調制器中發出的“合”“斷”指令信號進行接收；而另外一條光纜能夠對這個功率模塊工作的正常與否進行信息的傳遞。而開關狀態監測電路能夠實現對功率模塊工作是否正常進行檢測，圖2即為其工作的原理圖。

從圖2可以知道當開通了保護管之后，保護管的輸出端也就是A點所在的發射極，獲得的輸出電壓將達到550 V。此處的電壓會通過壓控振蕩器AD654外圍處的電路CR1、R11、R12以及功率模塊上的電阻R13（204 kΩ），進而構成回路。圖中的電壓Vin就是電阻R11與R13在550 V電壓中獲得的分壓，假如將A點當作參考點，那么Vin將是一個負的電壓，那么計算下面的頻率時，就需要加絕對值符號添加上：

通過相關平臺的測試可以發現使用原有的工程模塊以及控制板時測量并計算出Vin的值為-3.2 V，當采用了新的功率模塊以及控制板時，測量并計算出Vin的值為-3.9 V，這種結果就會令AD654輸出的矩形波頻率fout從32 kHz上升到39 kHz。光發送器HFBR1521的發光依據就是AD654中輸出的矩形波電壓以及頻率的變化規律，然后通過光纜將信號傳輸給光接收器HFBR2521。

從圖3可看出，555電路會直接受到光接收器HFBR2521中輸出矩形脈沖的控制。而555電路在圖中被連接成了單穩態的觸發器，可以通過負脈沖觸發，在555電路中輸出的高電平脈沖的寬度大致為11 μs，并且要求輸入端中觸發負脈沖的寬度一定要比輸出端低，電容330 pF與電阻3.3 kΩ共同組成而來微分電路。依據圖3可知，當外電升高時，就會令功率模塊中整流輸出的電壓相應上升，甚至會超過額定的550 V，當Vin絕對值升高以后，就會令AD654中輸出的

矩形波脈沖頻率f out相應升高，進而令傳送到圖2中HFBR2521里的光信號頻率升高，最終令555電路輸出狀態信號中脈沖電壓的平均值升高；而若是外電壓降低，就會令555電路中輸出狀態信號脈沖電壓平均值降低。48路555電路輸出狀態信號在進行了匯總之后，會經過二階有源低通濾波器濾波，視為一個基準的電壓，將其增加到48個比較器的同相端，進行A/D之間的轉換。假使將升高555電路輸出狀態信號的平均電壓，就會導致基準的電壓隨之升高。

從上述的分析中可以獲知，外電電壓同額定的電壓相比若出現了偏高或偏低的情況，圖2中輸出的基準電壓就會以外電壓升級的比例進行升降；但是因為控制載波的信號是從自穩壓電源中獲取到的，所以通常情況下是不會同外電壓升降的比例進行升降的。那么這種情況下，如果外電壓升高，就會向少合PSM功率模塊的方向傾向；反之若是電壓降低，那么就會向多合PSM功率模塊的方向傾向，繼而使發射機高末屏壓能夠自動調整到或接近額定的數值。

本研究開始做的實驗是固定外電電壓的情況下對開關狀態檢測電路模塊中電阻值從高值將為低值時，依據R13與R11之間對電壓進行分壓的關系，使得開關狀態檢測電路中取樣電壓Vin得到絕對值的升高，進而令壓控振蕩器AD654中輸出的脈沖頻率相應地升高，緊接著圖2中555電路中輸出的電壓也隨之升高，進而基準電壓也隨之升高，導致PSM功率模塊向少合的方向傾向，最后使得發射機高末屏壓出現不足的問題。

3　結語

通過上文的分析與研究，可以清楚地了解到影響大功率調幅廣播發射機輸出功率的主要原因。本文以短波發射機在實際的運行維護中經常出現的問題為依據，提出了柵極電阻與開關狀態檢測電路這兩個方面對功率造成的影響，對此維護人員在PSM功率模塊上機前要嚴格按要求進行檢查和試驗，為大功率短波調幅發射機的正常運行與工作提供保障。

參考文獻：

[1]符阿琳.短波發射機維護中的安全防護措施分析[J].西部廣播電視,2014,(9):115.

[2]胡戈華,劉昕.新型短波發射機的監測與保護[J].通信與廣播電視,2014,(2):16-22.

[3]曲書磊.5kW短波寬帶功率放大器的設計與實現[D].廣州:華南理工大學,2012.