3DX-50中波發射機整流硅橋國產化改造與升級

朱明明 段 晶

1.2.江蘇省廣播電視總臺 江蘇省 南京市 210000

引 言

江蘇省廣播電視總臺的廣播發射部在2014年完成遷建工作并投入使用，技術系統各項軟硬件配置為全國領先、世界一流。中波發射機大量使用美國生產的3DX-50發射機，這種發射機采用了新的驅動技術——3D（直接數字驅動）技術，3D技術的應用省去了固態發射機的射頻前級放大器，減少了發射機的復雜性，提高了整機效率［1］。

由于使用了全新的3D技術，射頻功率模塊由高壓直流電源直接驅動放大，所以高壓直流電源的穩定性直接影響發射機的穩定性和電聲指標。為了保證發射機的安全高效，3DX-50發射機使用了兩組三相橋式半控整流硅橋來提供高壓直流電源。

1 原廠整流硅橋的缺點

由于長時間工作在高電壓大電流的條件下，整流硅橋發熱量很大，經過幾年運行后，出現了大范圍整流硅橋二極管燒毀故障，對安全播出造成了嚴重的威脅。原廠采購的整流硅橋價格昂貴，硅橋上的二極管平時檢修時很難目視檢查，損壞時更換也很不方便，需要把整流硅橋整體拆下來才能完成更換，這使得整流硅橋成為我臺一大安播隱患。為了提高發射系統的穩定性，并降低運行成本，我們對整流硅橋進行了國產化改造和升級，使其性能得到了提升，成本大大降低。

2 國產化改造和升級

3DX-50發射機整流硅橋的電路原理如圖1所示［2］，電路中的元器件主要包括二極管、晶閘管、壓敏電阻、溫度開關，我國均有同類型的成熟產品可供選用。整流硅橋的關鍵元器件是晶閘管（CR1、CR3、CR5）和二極管（CR2、CR4、CR6)。發射機的主控制器通過晶閘管來控制整流硅橋的通斷，而二極管是整流硅橋上最常損壞的器件，所以有必要詳細分析一下晶閘管和二極管的各項參數，以便于我們精準選型，在日常的檢修中也能做到有的放矢。

圖1 整流硅橋電路圖

2.1 電子元器件參數計算與選型

根據圖1所示的整流硅橋的電路原理，可以計算出電路中的電壓和電流：

2.1.1電壓計算

圖1中，1A、2A、3A為三相Δ/Y型接法變壓器的次級，也就是整流電路的輸入。根據發射機電源柜取樣數據可知，三路輸入均為220V交流電壓。經三相全波半控整流電路，輸出到負載端的電壓U為300V直流電壓。

2.1.2 電流計算

圖1中實際的負載為發射機的射頻系統，在不同的調制度下，開通的功放模塊數量不同，電流也會不同。

由發射機調幅理論可知，發射機的瞬時最大功率Pmax=（1+m）2PT，式中PT為調幅波的載波功率，m為調幅度。由此可知，瞬時最大功率與（1+m）2成正比。由于功率與電流的平方成正比，因此，電流與（1+m）成正比。

我們給發射機加1KHz正弦波信號，然后逐漸提高調幅度，通過發射機顯示屏讀取電流值，所得結果如下：

100%調幅度時，總電流為277A

110%調幅度時，總電流為309A

3DX-50型發射機理論上允許的極限調幅度為140%，由上述分析可以推算，在極限調幅度下，負載端的總電流值約為353A，平均到每一個整流硅橋的電流為353/2=176.5A。

根據以上數據，可以計算晶閘管的參數要求。

2.1.3 晶閘管的額定電壓

由三相全波半控整流電路的原理分析可知，晶閘管最大正、反向電壓峰值均為變壓器二次線電壓峰值

考慮一定的安全裕量，則額定電壓應為

2.1.4 晶閘管的額定電流

晶閘管電流的有效值為

考慮一定的安全裕量，則額定電流應為

二極管的額定電壓和額定電流與晶閘管一致［3］。我們根據原廠參數選擇相符的國產元器件來替代進口元器件。

2.1.5 晶閘管選型

原裝的晶閘管為進口元件，型號為ST180S12P0V，價格約1000元。參數如表1所示。

表1 晶閘管參數

按照上文計算的理論值，結合原裝晶閘管的參數，選擇國產某型號的晶閘管，該型號晶閘管參數如表2所示。

表2 晶閘管參數

對比原裝的晶閘管，該型號晶閘管具有更高的耐壓，能承受更大的電流，同時符合觸發電壓和電流，但是價格只需要幾十元。

2.1.6 二極管選型

原裝的二極管型號為JPEC300U120型，價格約為75元。最大電流300A，滿足額定電 流 （130A），最 大 電 壓1200V，略低于額定電壓的最大值（1616V），在實際使用中經常出現損壞。我們更換為國產某型號的二極管，最大電流為400A，最大電壓為1600V，安全裕量更充足。

2.2 整流硅橋結構設計與安裝

原廠整流硅橋的散熱器結構較為緊湊，無法在發射機上直接拆卸損壞的二極管和晶閘管，需要把整流硅橋整體拆卸下來，非常的不方便。為此我們分析了國內能采購到的各種鋁散熱器，設計了全新的散熱結構，經過多次搭建、改進，最終完成品重量更輕，可在發射機上直接更換損壞的元器件，散熱能力和體積與原裝產品在同一個水準。

2.3 整流硅橋上機試驗與批量生產

2018年我們搭建完成了第一版的整流硅橋（見圖2），在3DX-50發射機上使用后，驗證了所有自選元器件的可行性。2019年5月搭建了第二版的整流硅橋（見圖3），經過在3DX-50發射上長期使用，驗證了結構的可靠性與穩定性。

圖2 第一版整流硅橋

圖3 第二版整流硅橋上機使用

為了保障慶祝新中國成立70周年相關活動安全播出任務，我們批量制作了五個整流硅橋（見圖4），并先后更換下原廠整流硅橋，在發射機的運行維護和安播保障中發揮了很大的作用。

圖4 第二版整流硅橋批量生產

3 本項目的成果和優點

第二版整流硅橋批量生產后，經過了長達兩年半時間運行，在此期間，使用情況良好，未發生任何故障，穩定性超過了預期，成果如下：

（1）最長連續安全運行已達30個月；

（2）已投入使用四個，作為備件兩個；

（3）為廣播發射部節約成本約15萬元人民幣；

國產化的整流硅橋是針對原廠硅橋的缺點進行的改造和升級，具有以下幾個明顯的優點：

（1）日常檢修時可以直接進行目視檢查，有過熱或燒焦痕跡可以及時發現。

（2）散熱器結構更合理，二極管或晶閘管故障時可以直接拆卸并更換，不必拆卸散熱器。

（3）元器件價格便宜，極大降低了備品備件成本。

（4）產品的可靠性高，可以向兄弟單位推廣。

結束語

通過本項目的成功，我們開拓了一個新的檢修思路，即使用國產材料和元件自行研制發射機組件替代進口組件，這樣既可以針對原廠進口組件的缺點進行改進，又可以節省大量的采購成本，這種方法值得在今后的檢修工作中推而廣之。