3DX發射機電纜連鎖故障的分析與處理

曾廣平

摘 要：本文根據3DX發射機僅待機時才出現電纜連鎖故障的現象，對3DX發射機低壓控制電源以及電纜連鎖鏈路進行分析，排除了故障，并對發射機進行改造，經實踐取得良好效果。

關鍵詞：3DX；電纜連鎖；低壓電源

中圖分類號：TN83 文獻標識碼：A

1 背景

我臺已使用10年的3DX-50全固態中波發射機（以下簡稱3DX發射機）出現過一個奇怪的故障：待機狀態下，發射機反復地檢測到位于功放柜上方的幾塊功放模塊發生連鎖故障，而播音狀態下，發射機從未出現過此現象，轉到待機狀態則故障重現。對這個現象進行分析研究，我發現3DX50發射機的低壓控制電源存在設計與選材不當的情況。

2 3DX發射機的改進

3DX發射機作為哈里斯公司的最新產品，與以前的PSM中波發射機、DX全固態中波發射機有三處明顯的區別。一是消滅了射頻層層放大的環節，改為在功放模塊中直接將TTL電平的音頻信號和載波信號合成為高電平調幅波；二是改變了以往只有指示燈的人機交互方式，采用字符顯示屏將故障和參數用文字顯示出來，歷次故障位置和詳情、詳細參數設置也可以文字方式讀出，在各個電路板還設置了計算機接口，使用戶可以通過計算機對發射機進行監控和參數微調；三是提高對電源波動、駐波保護等檢測的敏感性，增加了保證設備鏈路完整性、可靠性的連鎖檢測電路。這些改進，簡化了發射機結構，提高了發射機效率；增加了操作和維護的直觀性、友善性；強化了設備安全和人員安全。為了完成這樣的改進，3DX發射機大量采用CPLD、FPGA芯片來處理高速轉換和傳輸的數據，大幅度提高了發射機元器件的集成度，也大大提高了發射機對低壓電源的穩定性和安全性要求。

3 3DX發射機的低壓控制電源

3DX發射機除了冷卻風機采用交流電源，其他所有電路都采用直流電源，直流供電情況如圖1所示，分為高壓調制電源（300VDC和210VDC）與低壓控制電源（+32VDC和±12VDC）。低壓控制電源的工作流程如下：從發射機主變壓器T1三相輸出（相間250VAC）中取出兩相，經過低壓變壓器T2降壓為24VAC，送入低壓整流濾波板整流為+32VDC，+32VDC一方面送到電源分配板；另一方面送到功放電源變成±12VDC。其中，+12VDC低壓控制電源（以下簡稱+12VDC電源）在電源分配板中分成兩路，一路經保險絲F1由針形插座J1送到各控制電路板，另一路經保險絲F2由針形插座J2送到最下方的母板J4接口。

4 3DX發射機的電纜連鎖電路

3DX發射機的連鎖電路，分別有電纜連鎖、合成環連鎖、內部電纜連鎖、門連鎖以及安全連鎖五種。其中電纜連鎖和合成環連鎖保證了3DX發射機完成調制任務的各個電路之間可靠連接；內部電纜連鎖保證了3DX發射機完成控制命令傳輸的各個電路板之間的可靠連接；門連鎖和安全連鎖電路保證了工作人員不發生意外觸電事故。本文開篇所述的故障就是3DX發射機的電纜連鎖出問題。

50kW的3DX發射機完成調制任務的共有4塊頂母板、4塊頂濾波板、4塊底母板、4塊底濾波板以及64個功放模塊，這些板塊以母板為中介連接在一起，并且均分成兩列分布。3DX發射機的電纜連鎖電路也分成兩路各自檢測自己一側所有的濾波板、母板以及功放模塊的連接情況。

電纜連鎖的連接方式如圖2所示，電纜連鎖線路經由母板，貫穿了對應濾波板電纜連鎖的導線以及跳線，回到母板后串接了所有的功放模塊的電纜連鎖檢測腳，然后連接到下一個母板。電纜連鎖鏈路一端通過最上方母板的J3-1腳送到功放控制分配板中進行檢測，另一端則在最下方的母板內通過跳線JP19接地。若其中某一環節出現問題，就會使得整條鏈路斷開，功放控制分配板立刻鎮噪發射機。

電纜連鎖鏈路在濾波板內部、母板內部以及各電路板之間都是通過導線直接連接，而在功放模塊，是通過一個型號為IRLML2803的場效應管來進行連接。如圖3所示，發射機待機時，在+12VDC電源的驅動下，在場效應管Q13的GS間產生約3VDC的電壓，導通Q13的DS端，并接通功放模塊上兩個電纜連鎖引腳39、41。（Q13的導通電壓為1V）；發射機播音時，+210VDC電源輸入到功放模塊，經過逆變、降壓、整流濾波后輸出約+13VDC，正向通過穩壓二極管CR32連接到+12VDC電源的輸入腳上，在功放模塊內部取代了+12VDC，Q13仍然處于導通狀態。

5 3DX發射機產生電纜連鎖故障的原因

通過上面對發射機低壓控制電源以及電纜連鎖電路的分析，可以判斷發射機僅在待機時發生電纜連鎖故障，播音時正常的情況是發射機低壓控制電源有異常所致。

3DX發射機在加上電源之后，低壓電源立刻工作，+32VDC和±12VDC電源為各電路板供電，各電路板上的芯片按照燒錄的程序開機自檢，并檢查發射機的各種人機保護，這個過程需要等待十來秒，一切正常才允許用戶開機播音。

經實際測量，在發射機加電的頭2秒，電源分配板上+12VDC電源的J2輸出端電流高達15A，之后緩慢降到3A，而發射機播音狀態下，僅為0.5A。這是由于3DX發射機中以+12V電源供電的電路板使用了大量電容進行穩壓濾波，加電瞬間需要對電容進行充電，電流非常大；充電完成后，+12VDC電源的輸出電流仍有3A；在發射機播音的情況下，64塊功放模塊不再使用+12VDC電源，使其輸出電流下降到0.5A。這樣的供電情況，對保險絲和接插件的額定電流都有比較高的要求。但是電源分配板上J2采用的是額定電流只有5A的插針式接插件，J2對應的保險絲F2雖然額定電流30A，但其尺寸是Φ6*32mm，散熱效果不佳。這樣的設計和選材只適合于發射機長時間不關機的情況；否則待機時，冷卻風機沒有啟動，J2和F2都沒有得到有效冷卻。在我臺，每天都會對發射機進行開、關機，長期發熱導致J2和F2已經出現氧化發黑的現象。

另外，我測量到位于最下方的功放模塊+12VDC電源輸入電壓為11.4VDC，位于最上方的功放模塊輸入電壓為10.5VDC，這是導致電纜連鎖故障發生的直接原因。+12VDC電源電壓不足，一方面是因為J2的長期發熱氧化導致接觸電阻增大，另一方面是+12VDC電源通過多個母板接力的方式送到各個母板（如圖2所示），這些接插件經過長時間使用后氧化，接觸電阻也為之增大，進一步降低了電壓，導致了故障的發生。

6 故障處理和發射機的改造

針對故障發生的原因，我臺對3DX發射機進行了改進，第一是將原+12V電源保險絲和保險絲座用Φ10*38mm，30A的產品予以更換，這樣避免了待機時保險絲散熱不良的情況；第二是將原+12V電源采用多個接插件接力供電的方式，改為廢棄J2，并用導線直接為各個母板供電，這樣既避免了待機時J2發熱，又避免了某些母板+12V電源電壓不足的情況。改進后發射機運行情況良好，檢查各個元器件的散熱情況以及各個母板的電壓情況，均表現良好，有效地降低了故障風險，而且這個方法容易實現，可供使用3DX系列發射機的同行參考。

參考文獻

[1]3DX-50 TECHNICAL MANUAL（3DX-50中波發射機技術手冊）[Z].