DAM50發(fā)射機(jī)大規(guī)模燒模塊故障分析與處理

曾廣平（廣東省廣播電視技術(shù)中心522臺(tái)，廣東 廣州 510800）

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DAM50發(fā)射機(jī)大規(guī)模燒模塊故障分析與處理

曾廣平
（廣東省廣播電視技術(shù)中心522臺(tái)，廣東 廣州 510800）

摘 要：本文根據(jù)哈廣DAM50發(fā)射機(jī)安裝調(diào)試中出現(xiàn)的大規(guī)模隨機(jī)燒模塊現(xiàn)象，對(duì)功放模塊以及場(chǎng)效應(yīng)管工作原理進(jìn)行分析，根據(jù)場(chǎng)效應(yīng)管故障類(lèi)型和原因排除故障，總結(jié)維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，以供同行參考。

關(guān)鍵詞：DAM；功放模塊；過(guò)壓擊穿

1 背景

我臺(tái)2012年安裝了兩臺(tái)哈爾濱廣播器材有限責(zé)任公司生產(chǎn)的的DAM50kW全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)DAM50發(fā)射機(jī)），安裝試機(jī)過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)幾次大規(guī)模射頻功率放大模塊（以下簡(jiǎn)稱(chēng)功放模塊）隨機(jī)發(fā)生故障的現(xiàn)象（以下簡(jiǎn)稱(chēng)燒模塊），動(dòng)輒十幾塊功放模塊故障。經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析檢查試驗(yàn)，排除了各種常規(guī)故障原因，維修了一個(gè)少見(jiàn)故障，積累了DAM50發(fā)射機(jī)維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)。

2 DAM50發(fā)射機(jī)工作原理

DAM50發(fā)射機(jī)，采用了直接數(shù)字頻率合成、循環(huán)調(diào)制和數(shù)字調(diào)幅等技術(shù)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，DAM50發(fā)射機(jī)將音頻信號(hào)量化編碼，然后通過(guò)調(diào)制編碼器的數(shù)字輸出信號(hào)來(lái)控制各個(gè)功放模塊的開(kāi)通和關(guān)閉，所有的功放模塊通過(guò)次級(jí)串聯(lián)的合成變壓器進(jìn)行功率合成，并通過(guò)帶通濾波器去除不需要的諧波分量，得到射頻已調(diào)波信號(hào)并通過(guò)天饋系統(tǒng)發(fā)射出去。

DAM50發(fā)射機(jī)中，存在音頻和射頻兩個(gè)鏈路：音頻鏈路中，將音頻信號(hào)與載波電平相加并轉(zhuǎn)化成控制模塊開(kāi)通關(guān)閉的信號(hào)；射頻鏈路中，TTL電平的載頻通過(guò)多級(jí)放大到60V左右并分配到一百多個(gè)功放模塊中，功放模塊在放大后的載頻驅(qū)動(dòng)下開(kāi)通和關(guān)閉，特定數(shù)量的模塊開(kāi)通并通過(guò)功率合成完成低壓到高壓，基帶到調(diào)制的轉(zhuǎn)變。一百多個(gè)模塊替代了原來(lái)的大功率電子管，冗余度高，個(gè)別功放模塊故障也不影響播出。

功放模塊是DAM50發(fā)射機(jī)完成調(diào)制任務(wù)的關(guān)鍵部件，簡(jiǎn)圖如圖1所示。8個(gè)工作于開(kāi)/關(guān)狀態(tài)帶反向二極管的場(chǎng)效應(yīng)管兩兩并聯(lián)組成H橋型逆變電路，+230VDC加在上面兩臂。兩個(gè)相同的射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)兩個(gè)變壓器轉(zhuǎn)換成兩組反相的信號(hào)，這兩組信號(hào)分配到H橋型的場(chǎng)效應(yīng)管G極，對(duì)角的為同相信號(hào)，同側(cè)的為反相信號(hào)，圖1中以0°和180°表示。H橋型上面兩臂的開(kāi)/關(guān)僅僅通過(guò)射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制，而下面兩臂的開(kāi)/關(guān)還與調(diào)制編碼器送來(lái)的開(kāi)/關(guān)信號(hào)相關(guān)。

功放模塊的輸入信號(hào)有3個(gè)：控制功放模塊工作狀態(tài)的開(kāi)/關(guān)信號(hào)，控制工作頻率的射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)，提供能量的230VDC電壓信號(hào)。功放模塊的輸出負(fù)載是合成變壓器其中一個(gè)初級(jí)線(xiàn)圈。功放模塊的感性負(fù)載就帶來(lái)了續(xù)流、感應(yīng)電壓等因素。

功放模塊有開(kāi)通、關(guān)閉兩個(gè)工作狀態(tài)。開(kāi)通時(shí)提供載頻頻率的方波，關(guān)閉時(shí)提供低阻抗通道，使次級(jí)電流在變壓器初級(jí)產(chǎn)生的感應(yīng)電壓得以泄放而不損壞元件。

功放模塊在開(kāi)通狀態(tài)時(shí)，控制開(kāi)關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)，使得Q5/6/7/8的開(kāi)/關(guān)狀態(tài)也只受到射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)的控制，如圖2所示。在射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)的正半周，Q1/3/6/8開(kāi)通，Q2/4/5/7關(guān)閉，+230V左正右負(fù)地加載到合成變壓器初級(jí)上；在開(kāi)通的負(fù)半周，Q1/3/6/8關(guān)閉，Q2/4/5/7開(kāi)通，+230V左負(fù)右正地加載到合成變壓器初級(jí)上；這樣就將直流電壓230VDC轉(zhuǎn)變成載頻頻率的460V方波。

圖1 功放模塊示意圖

個(gè)別功放模塊在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，其它功放模塊仍然處于開(kāi)通狀態(tài)，合成器次級(jí)仍然不斷有電流電壓的變化，導(dǎo)致與之相連的合成器初級(jí)會(huì)存在感應(yīng)電壓，并且該感應(yīng)電壓與同一時(shí)刻開(kāi)通模塊的輸出電壓極性相反（根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化）。

圖2 功放模塊開(kāi)通狀態(tài)示意圖

圖3 功放模塊關(guān)閉狀態(tài)示意圖

功放模塊在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，控制開(kāi)關(guān)處于開(kāi)通狀態(tài)，使得Q5/6/7/8處于關(guān)閉狀態(tài)，而Q1/2/3/4在射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)的控制下輪流開(kāi)通關(guān)閉。如圖3所示，在射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)的正半周，變壓器初級(jí)上的電壓左負(fù)右正，通過(guò)Q2/4的反向并聯(lián)二極管、C2、地、C1和開(kāi)通的Q1/Q3進(jìn)行泄放；在射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)的負(fù)半周，變壓器初級(jí)上的電壓左正右負(fù)，通過(guò)的Q1/Q3反向并聯(lián)二極管、C1、地、C2和開(kāi)通的Q2/4進(jìn)行泄放。

需要說(shuō)明的是，發(fā)射機(jī)的合成器次級(jí)與輸出網(wǎng)絡(luò)連接，發(fā)射機(jī)的輸出網(wǎng)絡(luò)屬于諧振電路，具有選頻、阻抗變換功能。發(fā)射機(jī)封鎖、關(guān)高壓瞬間等全部功放模塊快速關(guān)閉時(shí)，輸出網(wǎng)絡(luò)和合成器次級(jí)中的振蕩電流不會(huì)立刻消失，只會(huì)逐步衰減，這需要功放模塊的配合。DAM50發(fā)射機(jī)在合成器次級(jí)輸出端撿拾出一個(gè)振鈴信號(hào)，作為此時(shí)功放模塊的射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使得功放模塊在發(fā)射機(jī)封鎖、關(guān)高壓后，各個(gè)功放模塊場(chǎng)效應(yīng)管Q1/2/3/4與合成器次級(jí)中的振蕩電流同步開(kāi)通關(guān)閉，繼續(xù)提供低阻抗通道泄放感應(yīng)電壓。

3 功放模塊燒毀原因分析

結(jié)合上述DAM50發(fā)射機(jī)工作原理和功放模塊的工作情況，可以推斷導(dǎo)致模塊故障的情況有如下三種情況。

（1）在230VDC以及合成器變壓器初級(jí)的感應(yīng)電壓作用下，漏源極過(guò)壓擊穿，可能原因有：場(chǎng)效應(yīng)管性能下降引起的耐壓不足；天饋系統(tǒng)返送電流導(dǎo)致合成變壓器初級(jí)的感應(yīng)電壓過(guò)高；功率合成器中功率變化過(guò)于激烈導(dǎo)致感應(yīng)電壓過(guò)高；功放模塊關(guān)閉狀態(tài)下未能提供泄放通道。

（2）場(chǎng)效應(yīng)管的各極電壓、負(fù)載變化導(dǎo)致漏源極過(guò)流燒斷，可能原因有：場(chǎng)效應(yīng)管由于射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)和直流電壓不正確，工作在可變電阻區(qū)；射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)故障未能零柵流切換功放，導(dǎo)致同一橋上下管同時(shí)開(kāi)通，230VDC直流通地，功耗超過(guò)額定值；功放模塊的負(fù)載不正常，導(dǎo)致通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管的電流過(guò)大而發(fā)熱燒斷。

（3）場(chǎng)效應(yīng)管柵源過(guò)壓擊穿，可能原因有：功放模塊采用兩管并聯(lián)的方式工作，柵極并聯(lián)存在的分布電容在反饋?zhàn)饔孟氯菀滓鸶哳l寄生振蕩；射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)電壓過(guò)高導(dǎo)致柵源擊穿。

一般來(lái)說(shuō)，DAM50發(fā)射機(jī)燒模塊絕大多數(shù)都是漏源極過(guò)壓擊穿。在功率合成系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和天饋系統(tǒng)出現(xiàn)重大故障的極端情況下，才會(huì)出現(xiàn)過(guò)流燒斷的情況。甚少出現(xiàn)場(chǎng)效應(yīng)管柵極擊穿。在本文背景中提到的燒模塊故障，都是屬于漏源極過(guò)壓擊穿的類(lèi)型。

具體地，DAM50發(fā)射機(jī)漏源極過(guò)壓擊穿的類(lèi)型一般有如下原因：發(fā)射機(jī)輸出端的放電球間距設(shè)置過(guò)大，天線(xiàn)返送的感應(yīng)雷沒(méi)有得到有效地釋放；B-電壓設(shè)置不正確，功放模塊開(kāi)通數(shù)量多的時(shí)候開(kāi)關(guān)時(shí)間未能適時(shí)延長(zhǎng)，未能達(dá)到減少電流變化率，減少感應(yīng)電壓的效果；射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)工作不正常，導(dǎo)致應(yīng)該關(guān)閉的功放模塊未能工作在關(guān)閉狀態(tài)；振鈴信號(hào)工作不正常，導(dǎo)致封鎖、關(guān)高壓狀態(tài)下，功放模塊未能提供低阻泄放通道。

4 故障查找與處理

經(jīng)過(guò)分析，查找故障時(shí)我們針對(duì)性地檢查放電球、B-電壓、射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)以及振鈴信號(hào)，檢查出在額定功率無(wú)調(diào)制情況下，兩個(gè)B-電壓一個(gè)是-4.7V，另一個(gè)是-5V；有兩個(gè)功放模塊的射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)線(xiàn)存在虛焊現(xiàn)象；振鈴信號(hào)在網(wǎng)絡(luò)箱撿拾后，并沒(méi)有正確送到負(fù)責(zé)射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)適配器板上。

在這些檢查結(jié)果中，振鈴信號(hào)問(wèn)題就是導(dǎo)致多次大規(guī)模隨機(jī)燒模塊的直接原因。DAM50發(fā)射機(jī)在處理好上述問(wèn)題后，工作非常穩(wěn)定。哈廣廠在收到我們的反饋后響應(yīng)積極，改良了相關(guān)電路，增配了一塊頻率合成板，提高設(shè)備的可靠性。

參考文獻(xiàn)

［1］魏瑞發(fā).數(shù)字化調(diào)幅發(fā)射機(jī)［Z］.國(guó)家廣播電影電視總局無(wú)線(xiàn)電臺(tái)管理局，1999.

［2］技術(shù)說(shuō)明書(shū)ILA/HG1. 280. 071JS（DAM50中波發(fā)射機(jī)技術(shù)說(shuō)明書(shū)）［Z］.

中圖分類(lèi)號(hào)：TN931

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A