3DX50中波發(fā)射機二進制電源工作原理簡析

潘紅偉　董平

摘 要：隨著新型功率器件的出現(xiàn)，開關(guān)電源逐步取代了線性電源的應(yīng)用領(lǐng)域，該文簡要分析了3DX50中波發(fā)射機二進制電源應(yīng)用PWM電路設(shè)計的開關(guān)電源工作原理。

關(guān)鍵詞：開關(guān)電源；PWM調(diào)制電路；占空比

1 前 言

3DX50中波發(fā)射機二進制電源由以往的線性電源改為模塊化的開關(guān)電源，采用了PWM脈寬調(diào)制開關(guān)控制技術(shù)為二進制功放提供+75V和+150V穩(wěn)壓電源。PWM調(diào)制開關(guān)電源由于效率高，穩(wěn)壓范圍寬，線性度好等特點，故在二進制電源設(shè)計中得以采用。

2 二進制電源工作原理

3DX二進制開關(guān)電源采用PWM脈寬調(diào)制技術(shù)，是電壓控制式的開關(guān)型穩(wěn)壓電路，為了降低功耗，提高效率，使調(diào)整管工作始終處于放大狀態(tài)變?yōu)殚_關(guān)狀態(tài)，既要么飽和導(dǎo)通，要么截止。導(dǎo)通時，有大電流通過，但因管壓降小，故功耗不大；截止時，雖然管壓降大，但此時電流很小。由于調(diào)整管工作于開關(guān)狀態(tài)，所以調(diào)整管輸出的是開關(guān)電壓，經(jīng)過續(xù)流平滑濾波環(huán)節(jié)把開關(guān)電壓變換成直流平穩(wěn)電壓。為了使輸出電壓自動調(diào)整，應(yīng)對調(diào)整管的開關(guān)狀態(tài)進行控制，一般是通過輸出誤差電壓反饋和輸入斜坡電壓進行比較，比較后的輸出信號對調(diào)整管的通/斷時間進行控制以達到穩(wěn)壓的目的。

二進制電源由300V輸入，輸出75V和150V電源分別給低位、高位二進制模塊供電。75V供給含1/16、1/32和1/64射頻電壓二進制功放臺階（LSB）；150V供給含 1/2、1/4和1/8 射頻電壓二進制功放臺階（MSB），使二進制臺階累計成一個大臺階。當(dāng)輸入或輸出有過壓、欠壓、過流和PWM無推動時，電源可以實現(xiàn)自保。

1. PWM調(diào)制電路

二進制電源中的PWM脈寬調(diào)制電路是在控制電路輸出頻率不變的情況下，通過輸出電壓反饋調(diào)整其占空比，從而達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。其核心是PWM調(diào)制器，它是一個比較器，將頻率一定的斜坡電壓與輸出反饋的誤差電壓進行比較，產(chǎn)生占空比可調(diào)的推動信號來控制調(diào)整管的通斷時間，以此來輸出開關(guān)電壓。斜坡信號是由控制電路產(chǎn)生固定頻率的時鐘信號，時鐘頻率決定PWM調(diào)制器的開關(guān)頻率，經(jīng)過積分、峰值檢波、AGC電路處理后產(chǎn)生。無論因何原因使負載電壓發(fā)生變化形成誤差電壓，然后反饋至比較器輸入端和斜坡電壓進行比較，PWM調(diào)制器輸出的占空比自動調(diào)整，其占空比隨誤差電壓而變化，即實現(xiàn)了自動穩(wěn)壓，這個過程就是PWM調(diào)制。

具體來講，二進制電源由U4可編程邏輯控制電路輸出射頻信號給PLL鎖相環(huán)電路，鎖相后起到了穩(wěn)定輸出時鐘頻率，減少電源輸出噪聲的作用。然后，U4輸出160kHz的時鐘信號CLOCK，如圖1，時鐘信號經(jīng)過積分電路U17變換成三角波，一路由負峰值線性檢波器檢出三角波的負峰值，并把這個值采樣后和積分電路另一路斜坡電壓信號經(jīng)U19反向求和使三角波的電平提升到0伏以上，再經(jīng)過U23-AGC電路處理使PWM變化率保持恒定。U27比較器將來自AGC電路的變化率和輸出誤差電壓反饋變換成一個占空比可變PWM調(diào)制信號。PWM電路中，U23滿足W=5X1/U2這個關(guān)系式，U25的輸出電壓直接控制U2，U19的輸出作為U23的差動輸入X1，U23的輸出W為U27提供斜坡電壓信號，U23在這里的作用就相當(dāng)于一個自動增益控制器AGC。

圖1中負峰值檢測電路是對三角波信號的負峰值進行采集并保持，為了改善電路性能，使C86電容電壓跟蹤輸入電壓，即輸出最大程度的跟隨輸入電壓，在輸入端增加U20電壓跟隨器作為輸入緩沖；為了使二極管對電容快速充電提高電路的檢測速度及檢測精度，在U20的負反饋支路增加一個檢波二極管CR9構(gòu)成反饋放大器，同時限制了CR10的反向電壓。U25是對電容電壓進行緩沖，以平衡通過R117和負載所引起的放電；另外，反饋電阻R117給CR9提供了一個電流通路，以防止U20在檢測到一個新的峰值后進入負飽和區(qū)以便于立即跟隨。

當(dāng)輸入三角波正半周時，U20輸出正信號，CR9導(dǎo)通，CR10截止，輸出為零；當(dāng)輸入負半周時，U20輸出負信號，由于虛斷，CR9截止，CR10導(dǎo)通，繼續(xù)給C86充電保持其峰值，輸出負信號加到U25緩沖后檢測出負峰值。

2. 75V穩(wěn)壓電路

下圖2是二進制75V電源的原理框圖。Q5為調(diào)整管，工作在開關(guān)狀態(tài)，源極接至由續(xù)流二極管CR8、電感L3和電容C83組成的續(xù)流濾波電路，柵極接U15和U13組成的開關(guān)推動電路，U27的輸出經(jīng)推動電路控制調(diào)整管的工作狀態(tài)。

其原理：剛打開電源時，Q5處于截止狀態(tài)，漏極輸入300V而輸出接近0V。輸出電壓（75V OUT）被U27的輸出脈沖占空比所控制，隨著這個占空比增加，輸出驅(qū)動脈沖DRV_75送至推動電路產(chǎn)生75-GATE柵極驅(qū)動信號使Q5導(dǎo)通，電流流過 L3，輸出電壓隨之開始上升。如果75V不穩(wěn)定或負載發(fā)生變化引起的誤差電壓，通過由R107和R96組成的分壓電路對75V輸出電壓進行采樣與U18的輸入?yún)⒖茧妷哼M行運算，產(chǎn)生75V_PWM_CNTRL電壓反饋信號至U27的同相輸入端和75V斜坡電壓作比較，U27輸出的PWM已調(diào)信號用來控制調(diào)整管的導(dǎo)通與截止時間，以達到穩(wěn)定75V電壓的目的。例如：當(dāng)75V增大時，Q5由飽和導(dǎo)通轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂沟臅r間提前，導(dǎo)通時間縮短，使輸出下降以維持75V不變，反之亦然。可見輸出電壓的自動調(diào)整是借助于Q5的開關(guān)時間或輸出脈沖寬度來實現(xiàn)的。

另外，U18的輸入?yún)⒖茧妷河?00V電壓經(jīng) R136、R138、R142、R145和 R79分壓后得到，根據(jù)需要由安裝在前面板的電位器 R2可以調(diào)整75V電源的大小。

3. 150V穩(wěn)壓電路

150V電路的工作原理與 75V 電路基本相同，一方面由于150V 電路的大電流（150V_10A，75V_1.35A）需求使用了Q7/Q8兩個調(diào)整管，它們輸入有180°的相位差，采用這種方式有助于消除150V 輸出紋波；其次，150V電路的PWM斜坡電壓RAMP150同樣來自75V的AGC電路U23，這里不再重復(fù)。

4. 故障狀態(tài)監(jiān)測指示

電源的前面板提供了綠/紅燈電源狀態(tài)指示，75V和150V電壓可調(diào)電位器，兩個電源雙色指示燈DS1/DS2，四個紅色故障指示燈DS3/DS4/DS5/DS6和電源開關(guān)按鈕。電源正常運行，指示燈DS1和DS2綠燈亮，否則紅燈亮（紅燈亮有時是假象，重新加電可恢復(fù)）。四個單色故障指示燈狀態(tài)FLT_0、FLT_1、FLT_2、FLT_3代表了不同的編碼，即給用戶提供一種電源狀態(tài)（亮/滅）。例如，F(xiàn)LT_0、FLT_1、FLT_2、FLT_3對應(yīng)指示燈狀態(tài)：亮、亮、亮、滅，編碼為0001，0-紅燈亮，1-紅燈滅，表示二進制電源連鎖故障；四個紅燈全滅，編碼為1111，表示二進制電源正常，編碼如表1所示。

二進制電源模塊對上述故障進行實時監(jiān)測，如果有一個故障信息出現(xiàn)，信息將被送到發(fā)射機微控制器單元對故障進行顯示。

3 結(jié)束語

PWM脈寬調(diào)制電路在開關(guān)電源中已被廣泛使用，以上只是簡要地分析了PWM電路在3DX50中波發(fā)射機二進制開關(guān)電源中的應(yīng)用，希望對使用者了解二進制電源并能簡單處理一些常見故障提供幫助，最終為安全播出提供保障。

參考文獻

[1]. P.SCHMITT. 3DX50/25 AM TRANSMITTER 843-5513-451.1999.9

[2]. HARRIS TECHNICAL MANUAL 888-2449-001.2004.7