DF100A型PSM短波發射機功率開關模塊的介紹與典型故障分析

摘? 要：功率開關模塊是一個脈沖寬度調制單元，是DF100A型PSM短波發射機中重要的組成部分，在對發射機的日常維護中，它是重要的部分之一。文章對功率開關模塊的工作原理進行了深入地研究，對功率開關模塊的組成進行詳細地介紹，并結合日常工作中發現的故障，從電路原理上對典型故障進行分析，給出處理方法。對發射機日常維護具有很好的參考作用。

關鍵詞：DF100A;功率開關模塊;功率控制板;故障分析

中圖分類號：TN303 ? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2022）04-0066-04

The Introduction and Typical Fault Analysis of Power Switch Module of Type DF100A PSM Short-Wave Transmitter

XU Qian

（National Radio and Television Administration 761， Yongan? 366025， China）

Abstract： The power switch module is a pulse width modulation unit， it is an important part of type DF100A PSM short-wave transmitter， and it is one of the important parts in the daily maintenance of transmitter. This paper studies the working principle of power switch module deeply， introduces the composition of power switch module in detail， and combines with the faults founded in the daily work， analyzes typical faults from the principle of circuit， and gives the treatment method. It plays a good reference role in transmitter routine maintenance.

Keywords： DF100A; power switch module; power control panel; fault analysis

0? 引? 言

DF100A型短波發射機的調制方式是脈沖階梯調制（PSM），就是將屏極調幅發射機的主整電源與調幅器合二為一，并且把主整電源化整為零。這種調幅方式能有效地降低成本，節約能耗，極大地改善了電聲指標，提高了可靠性。DF100A型PSM短波發射機共使用50塊功率開關模塊，其中48塊為屏極功率開關模塊，剩下2塊為簾柵極功率開關模塊。屏極使用48個較低電壓的模塊電源取代一個高壓直流電源，脈沖階梯調制器輸出一個在直流分量上疊加了音頻分量的調制電壓，它是隨著功率開關模塊的合斷而形成的階梯形電壓，再經過低通濾波器后作為高末的屏極電壓。因此，功率開關模塊在PSM短波發射機中起著極其重要的作用。因使用的數量多，并且隨著播音時長的增加，故障率明顯增加，功率開關模塊的消耗量逐步增大，然而庫存有限，因此，了解功率開關模塊的組成和工作原理、查找故障原因、對故障模塊進行維修是發射機房日常工作中重要的項目。

1? 功率開關模塊的工作原理

高末屏極功率開關模塊與高末簾珊功率開關模塊的工作都是通過調制器控制器來控制，圖1為調制器控制器與功率開關模塊的工作框圖。高末屏極功率開關模塊的供電是由調制器變壓器提供的三相500 V交流電壓，在模塊的主電路中經過整流、濾波最后輸出700 V直流電壓，48個模塊是串聯的形式為高末屏極供電，而高末屏極的供電電壓是14 kV，則發射機在載波狀態下需要合上20塊，當發射機滿調幅時需要合上42塊功率開關模塊，剩下6塊充當備份，48塊模塊循環投入使用，由調制器控制器中的環形調制器控制。主要工作原理為，由直流、音頻、三角波合成的復合信號經過調制器控制器中的快速變換器加工后形成A信號，表示要求合上多少級功率開關模塊。功率開關模塊輸出37 kHz的信號點亮發光二極管，光信號通過光纜傳到調制器控制器中的光接收器中，光接收器又將信號傳送到狀態板，由狀態板輸出一個Z信號，反映的是有多少級功率開關模塊被合上，然后A信號和Z信號在環形調制器里比較，判斷需要繼續合上還是斷開功率開關模塊，信號通過光發射器再經過光纜控制功率開關模塊的合斷。兩塊高末簾柵功率開關模塊采用PDM方式供電，且同時合斷，為其供電是高末簾柵變壓器輸出的三相460 V交流電壓，經過整流、濾波后輸出600 V直流電壓，兩塊高末簾柵功率開關模塊輸出1200 V電壓，載波情況下的占空比為0.667，因此高末簾柵壓的平均值為800 V，由音頻通路板控制。

2? 功率開關模塊的組成

一個功率開關模塊主要分為主板部分與功率控制板部分，如圖2所示，主板部分主要由電源、電子開關、空轉二極管三個部分組成。電源部分同時給主板與功率控制板提供電源，三相500 V交流電經過由三相橋式整流電路組成的整流器形成的直流電壓，再經過由濾波電容、泄放電阻等組成的濾波器后輸出700 V直流電壓供給下一級，其中還并聯了一個由發光二極管DS1組成的指示燈電路，用來指示功率模塊電源的工作狀態;控制板電源主要由兩套輔助整流器組成，由兩相230 V交流電經過兩個串聯的變壓器T1、T2，然后經過整流、濾波、穩壓后輸出12 V直流電壓，分別為AC管與DC管提供控制電源。78B3293E-D178-40C9-B86C-84410D402017

功率開關模塊直流電壓的輸出受控于電子開關Q1，即IGBT，它是絕緣柵雙極型晶體管，有著開關速度快、散熱穩定、安裝與維修簡單等特點。IGBT由兩個復合晶體管組成，臨近負載的是DC管，也稱開關管，由它來決定功率開關模塊是否輸出電壓。臨近于電源的是AC管，也稱保護管，當DC管正常工作時，AC管保持閉合，當DC管故障，AC管則斷開。

空轉二極管的作用是當功率開關模塊正常工作時，負載電流由電子開關導通，只有當本級功率開關模塊停用時，空轉二極管才為負載電流提供通路。空轉二極管上并聯了一個由發光二極管DS2組成的指示燈電路，當本級功率開關模塊工作正常時，指示燈正常發光，當功率開關模塊停用時，則指示燈滅。

功率控制板主要由開關管控制電路、保護管控制電路、同步與失步保護電路、開關狀態檢測電路和失步保護補充電路組成。當開關管控制電路接收到合的信號時，就會輸出一個高電平到DC管的門極使其導通，開關管控制電路還包含一個由過載保護拾電鎳阻絲組成的過流保護電路，當過載電流達到整定值30 A時，其兩端的電壓上升至0.75 V，從而使開關控制電路拉開DC管;保護管控制電路的作用是當外電瞬時降低時，可以防止立即輸出信號拉開AC管進而防止拉開DC管。當外電長時間異常時，保護管控制電路就會發出信號拉開AC管進而拉開DC管;同步與失步保護電路是由三異或門組成的電路，同步保護就是在DC管正常工作的情況下，電路中的一個異或門的兩個輸入端電位始終相同，從而維持AC管的導通。當DC管故障時啟用失步保護，輸出信號把AC管拉開，在未經修理后重新合電，這一級開關依然會處于停用狀態;開關狀態檢測電路是用來檢測AC管的工作狀態，并控制發光二極管DS1的亮滅，光信號通過光纜傳送到調制器控制器中，使其控制狀態燈的亮滅與調配功率開關模塊的合斷;失步保護補充電路是為了防止當光纜接頭、或光纜有故障時，與之對應的模塊合不上又甩不開，使總輸出電壓的交流紋波加大，雜音變壞。因此當光纜出現故障時，110 s后失步保護補充電路就會使對應的功率開關模塊處于停用狀態。

3? 功率開關模塊的典型故障分析

故障現象一：發射機加高壓時，狀態板上的某塊指示燈不亮。

故障分析與處理：如圖3所示，先合高壓觀察功率開關模塊中的DS1指示燈是否發光，若其不發光表示模塊前級的供電部分或者是模塊內部電源部分發生故障，模塊內部的電源部分故障最常體現在保險管燒斷或壓敏電阻炸裂，也是肉眼可以觀察到的，若沒有明顯燒斷現象，則可以先換下功率開關模塊，過后再測量電源部分的其他元器件;若更換模塊后DS1指示燈還是不亮，則是給模塊供電的部分發生故障，測量調制變壓器輸出的電壓和模塊的輸入電壓，確定是調制變壓器發生故障還是其與模塊的連接線發生故障;若DS1指示燈亮，則觀察DS2指示燈是否正常發光，若DS2指示燈正常發光，則故障可能發生在狀態板指示燈電路;若DS2指示燈滅，為了快速確認故障部位可將相鄰模塊的光纜對換，若對換光纜后故障指示燈序號一樣，則說明故障發生在光纜;若故障的指示燈序號變化，恢復光纜后更換模塊的控制板，若故障現象消失，則為功率控制板故障;若故障現象依舊，則可能是AC管開路或者控制板電源部分發生故障，可先換下功率開關模塊，過后用萬用表進行測量查找故障點。經測量發現在主板中的故障主要由于IGBT擊穿。

故障現象二：閃外電后，狀態板指示燈大量熄滅。

故障分析與處理：如圖4所示，AC管控制電路所示，正常情況下，+12 V的控制電經過兩個電阻的分壓使U2的同相輸入端輸入6 V的電壓，反相端經過R3的壓降使穩壓二極管負端的電壓箝位在5.1 V。由于閃外電造成外電過低，導致U2的同相輸入端輸入電壓小于反相輸入端的5.1 V輸入電壓，使U2輸出低電平，低電平信號送至RS觸發器的置位端，使Q端輸出高電平，再經反相器U5后輸出低電平至AC管，使AC管斷開、本級功率開關模塊停用，狀態板對應的指示燈滅。這種情況下如果沒有達到停播的界限，則繼續維持播音;如果達到停播的界限，應當重新加高壓使模塊重新啟用。

故障現象三：發射機加高壓時，狀態板指示燈1 s后滅。

故障分析與處理：最常見是由于失步保護電路引起，如圖4中三個異或門組成的失步保護電路所示，當DC管擊穿時，C點為高電位，D點為低電位，因此E點為高電位，此時F為低電位，因此G點為高電位，光纜無故障時I點為低電位，因此H點為高電位，使得Q1導通，U7的二極管發光、三極管導電，從而使U2輸出低電平，RS觸發器的Q端輸出高電平，經反相器U5后輸出低電平，拉開AC管，此級功率開關模塊停用，狀態板相應指示燈滅;當DC管斷路時，C點與D點同為高電位，因此E點為低電位，此時F為高電位，因此G點為高電位，由于I點為低電位，因此H點為高電位，使Q1導通，與上面情況相同，最后拉開AC管，此級功率開關模塊停用，狀態板相應指示燈滅。在異或門U9b到U9c之間設置了一個延時電路，延時為：t=RC=100×10?×10×10-6 =1 s，因此發射機加高壓時，狀態板指示燈1 s后滅。這時應當更換功率控制板。

故障現象四：發射機加高壓時，高末簾柵電壓下降，音頻通路板9A4簾柵狀態燈1#滅。

故障分析與處理：高末簾柵電壓下降說明兩個簾柵功率控制模塊中有一塊沒有正常工作。這種情況可以根據圖3的流程，對簾柵狀態1#燈所代表的功率開關模塊進行故障排查，觀察外觀有無明顯打火痕跡，DS1、DS2指示燈是否亮，更換功率控制板，查看故障現象是否依舊等方法來判定故障點。

4? 結? 論

本文介紹了功率開關模塊的基本組成與模塊在發射機運行時的工作原理，列舉了幾個最常見的故障并且從原理上對故障進行分析，發現功率開關模塊的故障大部分是因為功率控制板故障或者電子開關擊穿。在研究中增強了對功率開關模塊的了解，有助于日常工作，也便于對模塊的檢修和維護，出現故障時對故障點的查找也起了有利的作用。

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作者簡介：徐倩（1993—），女，漢族，福建南平人，助理工程師，本科，研究方向：電子發送。78B3293E-D178-40C9-B86C-84410D402017