開關電源在3DX中波發射機的應用及故障處理

廣東省廣播電視技術中心五二二臺 鄧紹敏

引言：本文主要介紹開關電源的組成及工作原理，簡述其在哈里斯3DX發射機上的應用，并介紹功放柜電源排除故障的經驗。

1.前言

3DX-50全固態數字調幅中波發射機是繼DX系列發射機之后由美國哈里斯公司推出的又一種新型的發射機。它技術更先進，設計更完善，工作效率更高，工作更穩定。其選用了新式開關電源和直接數字驅動技術等多項新技術，盡量減小發射機的功耗。本文就開關電源的原理及其在3DX-50發射機上的應用做一介紹，并簡單介紹在日常使用過程中所遇故障的處理辦法。

2.線性電源

電源設計是電子電路設計中非常重要的環節。電源是否穩定在一定程度上決定了整個設備的穩定性，電源性能的好壞極大影響著電子設備的技術指標。傳統電源主要為線性電源，線性電源的原理是市電通過變壓器降低電壓變成低壓的交流電后，經整流和濾波變成直流電，最終通過穩壓產生穩定的低壓直流電，在電路中的調整元件工作在線性狀態。線性電源的優點是構造簡單、輸出電壓的波紋較小、反應速度快。簡單構造的最大優點是維護方便，而輸出紋波越小，即輸出直流凈純度越高，這也是直流電源質量的一個重要標志。但同時，線性電源使用的變壓器較為巨大，濾波用的電容重量以及體積也都較大，當輸出較大電流時其調整管的功耗太大，導致電源轉換效率很低（在40%～50%左右）。

3.開關電源

開關電源在電源輸入端直接把交流電整流成直流電。其使用各種電子開關器件（如晶體管和場效應管），經控制電路，使開關器件快速的“接通”和“關斷”，形成高頻脈沖電流。在電感器的協助下，輸出穩定的低壓直流電，從而實現電壓轉換及輸出電壓的可調。初期的開關電源全都由分離的元件組成，不只是開關頻率低、效率低，而且電路也較繁雜，不容易調試。隨著技術的發展成熟，各種各樣的單片開關電源集成電路開始投入使用，實現了電源變換器的集成化，現已成為變壓電源產品的主流。開關電源的轉換效率可達86%以上，穩壓范圍寬，而且還具有自身抗干擾性強和模塊化等特點，因此被普遍用于通信、家用電器等各行各業。

4.開關電源在3DX-50發射機上的應用

在3DX-50 發射機中，電源柜內的主電源整流輸出300Vdc 、低壓整流板輸出32Vdc， 兩路直流送到功放柜內的功放電源模塊，經DC-DC 轉換后輸出210Vdc和±12Vdc 的直流電壓。其中±12Vdc電源分配輸出至各功能板及所有放大器模塊，是發射機控制系統的能源中心，而210Vdc 作為所有功率放大器的模塊驅動電壓。

電源柜輸出的300Vdc電源同時送到功放柜中的二進制電源模塊（其構造與功放電源模塊類似，同樣采用模塊化設計插入功放柜插槽中），經過模塊內的開關控制電路變換為兩套電源，一套為150V給二進制高位功放供電，一套為75V給二進制低位功放供電。

功放電源模塊的210V、12V輸出及二進制電源模塊的150V、75V輸出的變換電路均為buck電路，其電路原理如圖1所示。當Q導通時，輸入電源經電感Lf提供給負載，同時電感存儲了能量的一部分，然后控制Q斷開輸入電源，只由電感器供電給負載。這種周期性的操作可以調整電源連接的相對時間來調節輸出電壓。其輸入電壓Vin大于平均輸出電壓Vo，極性相同。

圖1

功放電源的另外一路轉換器使用了Buck－Boost電路，輸入Vin（32Vdc）經降壓變換為Vo（-12Vdc），其電路原理如圖2所示。當Q導通時，二極管D由于承受了反向電壓關斷，電源給Lf儲能，當Q關斷后，電感兩端產生反向電壓導致二極管D導通，電感兩端的電壓即為輸出電壓Vo。Buck/Boost又稱作升降壓式變換器，是一種輸出電壓既可低于也可高于輸入電壓的變換器，其輸出電壓的極性與輸入電壓相反。Buck/Boost變換器可看成是Buck變換器以及Boost變換器串聯之后合并了開關管而成的。

圖2

除了變壓電路以外，開關電源還有各種輔助電路，包括啟動、濾波、輸出采樣、功能指示、檢測保護等電路。

5.開關電源故障處理

故障現象1：3DX-50發射機面板POWER AMP指示燈紅色閃爍，打開柜門檢查發現調制編碼器2#、3#均顯示“BINPS LO”的告警信息；低位二進制模塊三個故障指示燈呈紅色；激勵器輪流顯示“LSB BIN”、“MSB BIN”的告警信息；二進制電源150V、75V指示燈為紅色故障。

故障處理1：根據顯示信息判斷為二進制電源有故障，關機拔出二進制電源模塊檢查（其部分電路如圖3所示），發現保險絲F5開路，在線測量150V調整管Q7、Q8的D-S電阻分別為0.2Ω，0.5Ω，判斷Q7損壞，拆下測量Q7的D-S電阻為0.2Ω，再在線測量Q8的D-S電阻約為36KΩ。更換Q7和F5后測得Q7、Q8的D-S電阻均為36KΩ。而Q7損壞影響的是150V電源的輸出，對75V電源無影響，即對低位二進制模塊的工作無影響，根據低位二進制模塊故障指示，分析二進制電源還有其他故障。進一步檢查Q5的5、6-3腳和7、8-1腳的電阻均為0.2Ω，拆下Q5后測得Q5的5、6-3腳和7、8-1腳的電阻仍為0.2Ω，更換Q5后未發現其他可疑之處，將電源模塊裝回后開機試驗，故障依舊。于是用KEY板插入低位二進制模塊KEY插槽，發現B+(A)、B+(B)兩指示燈不亮，說明仍然無150V和75V電源加到二進制模塊，打開功放箱后門檢查二進制電源輸入到模塊的相關電路，在線測得保險泄放板上供二進制電源的保險F18有約1KΩ阻值，懷疑F18開路，拆下測得F18電阻為∞，更換后再次試機正常。

圖3

故障現象2：發射機在待機狀態下顯示屏上許多狀態參數的顯示均異常。

故障處理2：故障現象說明控制系統異常，檢查控制面板發現-12V電源缺失，估計-12V電源供電電路存在故障。首先檢查電源分配板的保險絲，均無異常。對功放柜電源-12V電源相關電路進行檢查（其部分電路如圖4所示），場效應管Q5和保險絲F3均正常，對周邊電路仔細檢查時發現場效應管門級上的電阻R86顏色異常。測量得知電阻已經燒斷，將電阻更換后發射機電源恢復正常，故障排除。

圖4

6.小結

開關電源具有穩定、可靠、高效的特點，其被越來越廣泛地應用在各個領域，了解其基本原理是很有必要的。而學習其在3DX-50發射機上的應用，對我們處理故障和技術維護是大有裨益。由于在3DX-50發射機中電源模塊的檢測控制電路較為復雜，還大量使用了貼片元件安裝，使維修難度增大，這對技術人員技能提出了更高的要求。