PSM發射機功率開關模塊典型故障的分析與探討

王志聰

摘 要：SW100F型大功率短波廣播發射機是PSM制式的一款發射機。PSM發射機中使用了數十塊功率開關模塊，一旦某模塊出現故障都將影響發射機播出質量和效果。該文就發射機運行中無論是功率開關模塊合、斷所引起的雜音，還是光纜故障、模塊輸出電壓以及IGBT的AC或者DC管擊穿引起的雜音等，都將影響發射機雜音指標；在分析故障原因、提出故障排查解決方法的同時，對每個故障處理過程作者進行了論述，最后就功率開關模塊影響雜音指標提出了思考和建議。

關鍵詞：PSM發射機 功率模塊 雜音指標

中圖分類號：TN948.53 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）05（a）-0042-02

SW100F型大功率短波廣播發射機射頻系統，采用的是PSM脈沖階梯調制技術。在發射機運行中，無論是用作調制音頻信號幅度循環的功率開關模塊合、斷所引起的雜音，還是發射機信號傳輸光纜故障導致的雜音，或是功率開關模塊輸出電壓導致的雜音以及IGBT的AC和DC管擊穿引起的雜音，都將影響發射機雜音指標。PSM發射機的功率開關模塊的工作原理很多書籍教案都已介紹，在此不再敘述。在此，作者就功率開關模塊影響雜音指標的幾類典型故障的分析、處理過程進行論述，同時結合工作實際提出思考意見和建議。

1 功率開關模塊影響雜音指標的典型故障分析

PSM短波發射機射頻系統調制音頻信號幅度，是由循環通斷的48塊功率開關模塊來實現。發射機運行中，由于變壓器漏感、功率開關模塊循環導通拉、合產生的分頻引起的雜音，以及光纜故障、模塊輸出電壓、IGBT的開關管或保護管擊穿等產生的雜音，都將影響發射機雜音指標，影響發射機播出質量和效果。以下就此類典型故障進行分析論述。

1.1 功率開關模塊合、斷引起的雜音

故障現象：發射機指標測試，雜音為-32db，監聽發現有明顯低頻嘯叫聲，音頻分析儀測試分析有頻率為1.46kHz的雜音。發射機雜音指標不入級。

故障原因分析：根據現象加高壓試驗，觀察開關狀態指示燈48路指示燈均亮，48組功率模塊DC指示燈均亮，功率模塊處于工作狀態，沒有發現異常。做加高壓，升功率、降功率試驗，加高壓，功率降到0，此時功率模塊應該都不工作，即功率模塊DC燈不應有亮的，否則說明功率模塊有問題。同理升功率后查有功率模塊不亮的，說明功率模塊有不工作的。

故障處理：加高壓后把功率降到0，如發現某功率模塊DC燈總亮，而且特別亮，對應開關狀態指示燈也亮；則是該模塊有問題，如拆下測試為正常，仍然復用上機。因該模塊DC燈總亮，用示波器測試對應的光發射電路，如果輸出不是脈沖信號，再查前面的環形調制器電路。如果測量此功率模塊對應的環形調制器電路的JK觸發器輸出Q為脈沖，波形正常。則應檢查它的“與門”輸人4腳，應為高電平“H”。如果5腳和6腳都為“H”，則應檢查此芯片是否松動，用手按下后測量其輸入5腳、輸出6腳均為脈沖。如果芯片松動輸人5腳處于懸空狀態，總為高電平“H”，其輸出因此也總為“H”而不是脈沖。開關管（DC管）由于開關拉合信號不正常始終為高電平導致開關管一直開通，環型調制器卻依據模塊開關狀態信號正常循環工作。此外，由于失步保護電路的失靈等原因，無法封鎖保護管（AC管），也就無法及時封鎖或糾正控制信號異常。開關管將模塊三相整流電壓直接輸出，其輸出瞬時電壓即為平均電壓，從而使DC燈總亮而且特別亮。模塊工作于這種狀態，在合成主電壓時就會呈現周期性的偏高，運行中必然產生較大的雜音。假設此功率模塊輸出直流電壓為600V，主整電壓為10kV，則雜音為：20lg（600/10000）=-24.4db。

綜述以上分析，開關狀態指示燈亮的原因，功率開關模塊保護管（AC管）在合工作狀態，功率模塊就有反映其工作狀態正常的37kHz脈沖，所以開關狀態板上該指示燈始終處于亮的狀態，結果誤導了功率模塊始終處于正常狀態。

1.2 信號傳輸光纜故障導致的雜音

故障現象：發射機在測試指標時雜音電平為-35db，雜音頻率為1.46kHz。發射機加高壓，開關狀態板48路指示燈均亮，沒有發現異?，F象。但是1.46kHz的雜音頻率，則說明某功率模塊工作狀態不正常；仔細觀察48塊功率模塊的DC燈，發現A號模塊DC燈不亮。拔掉該模塊控制小板，測量雜音指標為-56db，由此可見系該功率模塊影響了雜音指標。

故障原因分析：首先，用相鄰的C號（帶光發射電路）的功率開關控制板來控制A號功率模塊為正常；其次，用A號（帶光發射電路）功率開關控制器控制C號功率模塊，測試C號DC燈也不亮。則說明A號功率模塊本身沒問題，故障可能在此功率開關控制小板或者拉、合控制信號線路不正常。

故障處理：更換A號功率開關控制器，故障現象依舊。用示波器測試它對應的光發射電路波形，波形正常。拔插A號功率模塊控制小板光纜B，發現光接收頭處光纜明顯變形，拔下A號功率開關模塊光纜B兩端，一端用手電光照，觀察另一端的發光情況，發現光線與正常的相比明顯偏暗。重新作光纜頭后測試雜音指標為-58db。

通過上述分析，故障原因是“合、拉”指令的光信號通過光纜傳送至功率開關控制器上的光接收頭接觸不良，接收到的開關信號弱，導致了模塊的開關性能發生變化，功率模塊輸出電壓比正常低。而功率模塊工作頻率為1.46kHz，在合成直流主整電壓中就含1.46kHz的雜波，所以載波上就會出現1.46kHz的雜音波形。從光纖通信可知，任何光纖彎曲半徑過小，就會影響光功率的傳輸。此外，當光纜B傳輸出現問題，功率開關控制板提供給狀態板指示AC管運行正常，開關管（DC管）由于光接收管或光發射管未開通或光纜連接不良等造成開關管未開通，但PSM環型調制器卻根據狀態電壓正常信號，使功率模塊仍然循環工作。這樣就相當于有一塊輸出電壓為零的功率模塊在循環，造成開關管控制信號缺位，運行中必然產生較大的雜音。

1.3 功率開關模塊輸出電壓導致的雜音

故障現象：某發射機測試雜音電平為- 48db，用音頻分析儀可見含雜音頻率為 1.46kHz雜音。從開關狀態指示燈看，48路指示燈均亮，但1.46kHz的頻率出現說明功率模塊中存在工作狀態不正常的模塊。

故障原因分析：加高壓，查看48路功率模塊DC指示燈雖然都是亮的，但其中有一塊模塊的DC指示燈很暗，疑是工作狀態不正常，拔掉該功率開關控制器使其不工作，測雜音為-58db，說明此功率模塊工作狀態有問題。原因有兩類：（1）開關工作指令不正常；（2）模塊本身有問題。

故障處理：采用互換法，將該（帶光發射電路）功率開關控制器來控制相鄰正常工作的功率模塊，雜音消失立刻恢復正常；說明該功率模塊的開關工作指令正常。

在查找故障原因時發現，該模塊交流供電的A相20A保險管開路，給功率開關控制器供電是B、C相，故功率開關控制器檢測不出該功率模塊有故障，只是模塊輸出電壓因缺相而降低，但又沒有低于開關狀態板電壓檢測所認定的模塊輸出電壓異常值。因此，環型調制器依據狀態電壓正常信號使該功率模塊循環工作，既環路中有一塊輸出電壓很低模塊在循環工作。造成了48級功率模塊輸出電壓主整合成時就含此模塊的開關頻率1.46kHz。載波就呈現頻率為1.46kHz周期性波形。由于此模塊整流器輸出電壓偏低，導致DC指示燈發暗。

1.4 IGBT的AC和DC管擊穿導致的雜音

故障現象：測試某發射機雜音指標為-30db，載波波形雜音頻率為1.46kHz；用音頻分析儀測得頻率為1kHz，發射機開關狀態板48組指示燈均亮。

故障原因分析：加高壓查看48組功率模塊DC指示燈均亮，功率模塊都處于工作，觀察不到異常，但1.46kHz說明功率模塊仍有工作狀態不正常的。正常時發射機加高壓后按下封鎖鍵，48組功率模塊均應不工作，DC燈不亮，否則說明功率模塊存在問題；如果末級屏壓有表值則也說明仍有功率模塊在工作。從表頭電壓的數值大小可以計算出幾組模塊工作（每一組模塊輸出為600V左右）。仔細觀察發現有1塊模塊DC燈特別亮，落高壓測量該模塊IGBT的AC和DC管，都已擊穿短路。

故障處理：更換IGBT后重測雜音指標為-59db，顯然故障是IGBT的AC和DC管擊穿引起的雜音。

功率開關模塊IGBT的AC管擊穿后，通過該功率開關控制板提供給狀態板指示為該功率開關模塊電壓正常；而DC管擊穿導致回路處于通狀態；環型調制器依據狀態板判斷，仍以為該模塊電壓正常參于循環。但在合成主電壓時，就呈現周期性的偏高，這樣必然在運行中產生較大的雜音。

2 經驗與體會

通過以上對PSM發射機功率開關板故障所導致發射機雜音指標下降的原因分析和處理，使我們感到：PSM功率開關模塊出現故障或工作狀態異常都將引起發射機雜音指標的降低。因此，在發射機日常運維中，不能簡單的只憑狀態指示燈亮和滅判斷功率模塊工作正常與否，它只不過是功率開關模塊正常工作的一個必要條件，長亮不閃爍、亮度顯暗淡，發光程度，也能反映出模塊的工作狀態。當然，功率開關模塊工作狀態發生變化，不一定就是它本身問題，還要考慮與調制系統有關光纜，光、電信號；如發射機沒有110s失步保護電路光纜B接觸不良或相關的光電電路異常，保護管也不會被拉開保護。

通常載波狀態下模塊開通的個數為20 級，就是說功率開關模塊在100%調幅時只需要40級模塊在工作，還有8個功率開關模塊作為備用模塊。查找雜音源，最簡單快捷有效的方法是排除法，拔掉一個功率開關控制器使其控制的功率模塊不工作，所影響的雜音是1～2db。若分析雜音頻率為3kHz左右，則可以以2個功率模塊工作不正常（1.46kHz×2=2.92kHz）計算。

不同型號的IGBT飽和壓降是不一樣，在同等條件下測試，其輸出飽和壓降差最大可達20V。因此，在維修更換功率開關模塊IGBT時，最好使用和原機同型號的IGBT。才能確保模塊不至于因為IGBT的飽和壓降不同而導致輸出電壓不同。

3 結語

綜上，對影響發射機雜音指標的功率開關模塊典型故障實例分析，以及對故障原因分析、故障排查、故障處理過程的總結，提出了與同行共同思考的建議和看法，希望能對此類發射機運維有所幫助。由于水平有限，存在不足之處，請指正。

參考文獻

[1] 國家廣電總局科技司.廣播發射機新技術實用手冊[M].北京：中國廣播電視出版集團，2010.

[2] 國家新聞出版廣電總局無線電臺管理局.SW100-A/B型100kw短波發射機[M].北京：中國書籍出版社，20011.

[3] 黃曉濱.TBH-522型150KW短波發射機維護手冊[M].北京：中國書籍出版社，2011.

[4] 陳青松.]PSM100KW短波發射機功率模塊工作原理及故障分析[J].百度文庫，2013.