王志聰

摘 要：SW100F型大功率短波廣播發(fā)射機(jī)是PSM制式的一款發(fā)射機(jī)。PSM發(fā)射機(jī)中使用了數(shù)十塊功率開關(guān)模塊，一旦某模塊出現(xiàn)故障都將影響發(fā)射機(jī)播出質(zhì)量和效果。該文就發(fā)射機(jī)運(yùn)行中無(wú)論是功率開關(guān)模塊合、斷所引起的雜音，還是光纜故障、模塊輸出電壓以及IGBT的AC或者DC管擊穿引起的雜音等，都將影響發(fā)射機(jī)雜音指標(biāo)；在分析故障原因、提出故障排查解決方法的同時(shí)，對(duì)每個(gè)故障處理過(guò)程作者進(jìn)行了論述，最后就功率開關(guān)模塊影響雜音指標(biāo)提出了思考和建議。

關(guān)鍵詞：PSM發(fā)射機(jī) 功率模塊 雜音指標(biāo)

中圖分類號(hào)：TN948.53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）05（a）-0042-02

SW100F型大功率短波廣播發(fā)射機(jī)射頻系統(tǒng)，采用的是PSM脈沖階梯調(diào)制技術(shù)。在發(fā)射機(jī)運(yùn)行中，無(wú)論是用作調(diào)制音頻信號(hào)幅度循環(huán)的功率開關(guān)模塊合、斷所引起的雜音，還是發(fā)射機(jī)信號(hào)傳輸光纜故障導(dǎo)致的雜音，或是功率開關(guān)模塊輸出電壓導(dǎo)致的雜音以及IGBT的AC和DC管擊穿引起的雜音，都將影響發(fā)射機(jī)雜音指標(biāo)。PSM發(fā)射機(jī)的功率開關(guān)模塊的工作原理很多書籍教案都已介紹，在此不再敘述。在此，作者就功率開關(guān)模塊影響雜音指標(biāo)的幾類典型故障的分析、處理過(guò)程進(jìn)行論述，同時(shí)結(jié)合工作實(shí)際提出思考意見和建議。

1 功率開關(guān)模塊影響雜音指標(biāo)的典型故障分析

PSM短波發(fā)射機(jī)射頻系統(tǒng)調(diào)制音頻信號(hào)幅度，是由循環(huán)通斷的48塊功率開關(guān)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。發(fā)射機(jī)運(yùn)行中，由于變壓器漏感、功率開關(guān)模塊循環(huán)導(dǎo)通拉、合產(chǎn)生的分頻引起的雜音，以及光纜故障、模塊輸出電壓、IGBT的開關(guān)管或保護(hù)管擊穿等產(chǎn)生的雜音，都將影響發(fā)射機(jī)雜音指標(biāo)，影響發(fā)射機(jī)播出質(zhì)量和效果。以下就此類典型故障進(jìn)行分析論述。

1.1 功率開關(guān)模塊合、斷引起的雜音

故障現(xiàn)象：發(fā)射機(jī)指標(biāo)測(cè)試，雜音為-32db，監(jiān)聽發(fā)現(xiàn)有明顯低頻嘯叫聲，音頻分析儀測(cè)試分析有頻率為1.46kHz的雜音。發(fā)射機(jī)雜音指標(biāo)不入級(jí)。

故障原因分析：根據(jù)現(xiàn)象加高壓試驗(yàn)，觀察開關(guān)狀態(tài)指示燈48路指示燈均亮，48組功率模塊DC指示燈均亮，功率模塊處于工作狀態(tài)，沒有發(fā)現(xiàn)異常。做加高壓，升功率、降功率試驗(yàn)，加高壓，功率降到0，此時(shí)功率模塊應(yīng)該都不工作，即功率模塊DC燈不應(yīng)有亮的，否則說(shuō)明功率模塊有問題。同理升功率后查有功率模塊不亮的，說(shuō)明功率模塊有不工作的。

故障處理：加高壓后把功率降到0，如發(fā)現(xiàn)某功率模塊DC燈總亮，而且特別亮，對(duì)應(yīng)開關(guān)狀態(tài)指示燈也亮；則是該模塊有問題，如拆下測(cè)試為正常，仍然復(fù)用上機(jī)。因該模塊DC燈總亮，用示波器測(cè)試對(duì)應(yīng)的光發(fā)射電路，如果輸出不是脈沖信號(hào)，再查前面的環(huán)形調(diào)制器電路。如果測(cè)量此功率模塊對(duì)應(yīng)的環(huán)形調(diào)制器電路的JK觸發(fā)器輸出Q為脈沖，波形正常。則應(yīng)檢查它的“與門”輸人4腳，應(yīng)為高電平“H”。如果5腳和6腳都為“H”，則應(yīng)檢查此芯片是否松動(dòng)，用手按下后測(cè)量其輸入5腳、輸出6腳均為脈沖。如果芯片松動(dòng)輸人5腳處于懸空狀態(tài)，總為高電平“H”，其輸出因此也總為“H”而不是脈沖。開關(guān)管（DC管）由于開關(guān)拉合信號(hào)不正常始終為高電平導(dǎo)致開關(guān)管一直開通，環(huán)型調(diào)制器卻依據(jù)模塊開關(guān)狀態(tài)信號(hào)正常循環(huán)工作。此外，由于失步保護(hù)電路的失靈等原因，無(wú)法封鎖保護(hù)管（AC管），也就無(wú)法及時(shí)封鎖或糾正控制信號(hào)異常。開關(guān)管將模塊三相整流電壓直接輸出，其輸出瞬時(shí)電壓即為平均電壓，從而使DC燈總亮而且特別亮。模塊工作于這種狀態(tài)，在合成主電壓時(shí)就會(huì)呈現(xiàn)周期性的偏高，運(yùn)行中必然產(chǎn)生較大的雜音。假設(shè)此功率模塊輸出直流電壓為600V，主整電壓為10kV，則雜音為：20lg（600/10000）=-24.4db。

綜述以上分析，開關(guān)狀態(tài)指示燈亮的原因，功率開關(guān)模塊保護(hù)管（AC管）在合工作狀態(tài)，功率模塊就有反映其工作狀態(tài)正常的37kHz脈沖，所以開關(guān)狀態(tài)板上該指示燈始終處于亮的狀態(tài)，結(jié)果誤導(dǎo)了功率模塊始終處于正常狀態(tài)。

1.2 信號(hào)傳輸光纜故障導(dǎo)致的雜音

故障現(xiàn)象：發(fā)射機(jī)在測(cè)試指標(biāo)時(shí)雜音電平為-35db，雜音頻率為1.46kHz。發(fā)射機(jī)加高壓，開關(guān)狀態(tài)板48路指示燈均亮，沒有發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象。但是1.46kHz的雜音頻率，則說(shuō)明某功率模塊工作狀態(tài)不正常；仔細(xì)觀察48塊功率模塊的DC燈，發(fā)現(xiàn)A號(hào)模塊DC燈不亮。拔掉該模塊控制小板，測(cè)量雜音指標(biāo)為-56db，由此可見系該功率模塊影響了雜音指標(biāo)。

故障原因分析：首先，用相鄰的C號(hào)（帶光發(fā)射電路）的功率開關(guān)控制板來(lái)控制A號(hào)功率模塊為正常；其次，用A號(hào)（帶光發(fā)射電路）功率開關(guān)控制器控制C號(hào)功率模塊，測(cè)試C號(hào)DC燈也不亮。則說(shuō)明A號(hào)功率模塊本身沒問題，故障可能在此功率開關(guān)控制小板或者拉、合控制信號(hào)線路不正常。

故障處理：更換A號(hào)功率開關(guān)控制器，故障現(xiàn)象依舊。用示波器測(cè)試它對(duì)應(yīng)的光發(fā)射電路波形，波形正常。拔插A號(hào)功率模塊控制小板光纜B，發(fā)現(xiàn)光接收頭處光纜明顯變形，拔下A號(hào)功率開關(guān)模塊光纜B兩端，一端用手電光照，觀察另一端的發(fā)光情況，發(fā)現(xiàn)光線與正常的相比明顯偏暗。重新作光纜頭后測(cè)試雜音指標(biāo)為-58db。

通過(guò)上述分析，故障原因是“合、拉”指令的光信號(hào)通過(guò)光纜傳送至功率開關(guān)控制器上的光接收頭接觸不良，接收到的開關(guān)信號(hào)弱，導(dǎo)致了模塊的開關(guān)性能發(fā)生變化，功率模塊輸出電壓比正常低。而功率模塊工作頻率為1.46kHz，在合成直流主整電壓中就含1.46kHz的雜波，所以載波上就會(huì)出現(xiàn)1.46kHz的雜音波形。從光纖通信可知，任何光纖彎曲半徑過(guò)小，就會(huì)影響光功率的傳輸。此外，當(dāng)光纜B傳輸出現(xiàn)問題，功率開關(guān)控制板提供給狀態(tài)板指示AC管運(yùn)行正常，開關(guān)管（DC管）由于光接收管或光發(fā)射管未開通或光纜連接不良等造成開關(guān)管未開通，但PSM環(huán)型調(diào)制器卻根據(jù)狀態(tài)電壓正常信號(hào)，使功率模塊仍然循環(huán)工作。這樣就相當(dāng)于有一塊輸出電壓為零的功率模塊在循環(huán)，造成開關(guān)管控制信號(hào)缺位，運(yùn)行中必然產(chǎn)生較大的雜音。

1.3 功率開關(guān)模塊輸出電壓導(dǎo)致的雜音

故障現(xiàn)象：某發(fā)射機(jī)測(cè)試雜音電平為- 48db，用音頻分析儀可見含雜音頻率為 1.46kHz雜音。從開關(guān)狀態(tài)指示燈看，48路指示燈均亮，但1.46kHz的頻率出現(xiàn)說(shuō)明功率模塊中存在工作狀態(tài)不正常的模塊。

故障原因分析：加高壓，查看48路功率模塊DC指示燈雖然都是亮的，但其中有一塊模塊的DC指示燈很暗，疑是工作狀態(tài)不正常，拔掉該功率開關(guān)控制器使其不工作，測(cè)雜音為-58db，說(shuō)明此功率模塊工作狀態(tài)有問題。原因有兩類：（1）開關(guān)工作指令不正常；（2）模塊本身有問題。

故障處理：采用互換法，將該（帶光發(fā)射電路）功率開關(guān)控制器來(lái)控制相鄰正常工作的功率模塊，雜音消失立刻恢復(fù)正常；說(shuō)明該功率模塊的開關(guān)工作指令正常。

在查找故障原因時(shí)發(fā)現(xiàn)，該模塊交流供電的A相20A保險(xiǎn)管開路，給功率開關(guān)控制器供電是B、C相，故功率開關(guān)控制器檢測(cè)不出該功率模塊有故障，只是模塊輸出電壓因缺相而降低，但又沒有低于開關(guān)狀態(tài)板電壓檢測(cè)所認(rèn)定的模塊輸出電壓異常值。因此，環(huán)型調(diào)制器依據(jù)狀態(tài)電壓正常信號(hào)使該功率模塊循環(huán)工作，既環(huán)路中有一塊輸出電壓很低模塊在循環(huán)工作。造成了48級(jí)功率模塊輸出電壓主整合成時(shí)就含此模塊的開關(guān)頻率1.46kHz。載波就呈現(xiàn)頻率為1.46kHz周期性波形。由于此模塊整流器輸出電壓偏低，導(dǎo)致DC指示燈發(fā)暗。

1.4 IGBT的AC和DC管擊穿導(dǎo)致的雜音

故障現(xiàn)象：測(cè)試某發(fā)射機(jī)雜音指標(biāo)為-30db，載波波形雜音頻率為1.46kHz；用音頻分析儀測(cè)得頻率為1kHz，發(fā)射機(jī)開關(guān)狀態(tài)板48組指示燈均亮。

故障原因分析：加高壓查看48組功率模塊DC指示燈均亮，功率模塊都處于工作，觀察不到異常，但1.46kHz說(shuō)明功率模塊仍有工作狀態(tài)不正常的。正常時(shí)發(fā)射機(jī)加高壓后按下封鎖鍵，48組功率模塊均應(yīng)不工作，DC燈不亮，否則說(shuō)明功率模塊存在問題；如果末級(jí)屏壓有表值則也說(shuō)明仍有功率模塊在工作。從表頭電壓的數(shù)值大小可以計(jì)算出幾組模塊工作（每一組模塊輸出為600V左右）。仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)有1塊模塊DC燈特別亮，落高壓測(cè)量該模塊IGBT的AC和DC管，都已擊穿短路。

故障處理：更換IGBT后重測(cè)雜音指標(biāo)為-59db，顯然故障是IGBT的AC和DC管擊穿引起的雜音。

功率開關(guān)模塊IGBT的AC管擊穿后，通過(guò)該功率開關(guān)控制板提供給狀態(tài)板指示為該功率開關(guān)模塊電壓正常；而DC管擊穿導(dǎo)致回路處于通狀態(tài)；環(huán)型調(diào)制器依據(jù)狀態(tài)板判斷，仍以為該模塊電壓正常參于循環(huán)。但在合成主電壓時(shí)，就呈現(xiàn)周期性的偏高，這樣必然在運(yùn)行中產(chǎn)生較大的雜音。

2 經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)

通過(guò)以上對(duì)PSM發(fā)射機(jī)功率開關(guān)板故障所導(dǎo)致發(fā)射機(jī)雜音指標(biāo)下降的原因分析和處理，使我們感到：PSM功率開關(guān)模塊出現(xiàn)故障或工作狀態(tài)異常都將引起發(fā)射機(jī)雜音指標(biāo)的降低。因此，在發(fā)射機(jī)日常運(yùn)維中，不能簡(jiǎn)單的只憑狀態(tài)指示燈亮和滅判斷功率模塊工作正常與否，它只不過(guò)是功率開關(guān)模塊正常工作的一個(gè)必要條件，長(zhǎng)亮不閃爍、亮度顯暗淡，發(fā)光程度，也能反映出模塊的工作狀態(tài)。當(dāng)然，功率開關(guān)模塊工作狀態(tài)發(fā)生變化，不一定就是它本身問題，還要考慮與調(diào)制系統(tǒng)有關(guān)光纜，光、電信號(hào)；如發(fā)射機(jī)沒有110s失步保護(hù)電路光纜B接觸不良或相關(guān)的光電電路異常，保護(hù)管也不會(huì)被拉開保護(hù)。

通常載波狀態(tài)下模塊開通的個(gè)數(shù)為20 級(jí)，就是說(shuō)功率開關(guān)模塊在100%調(diào)幅時(shí)只需要40級(jí)模塊在工作，還有8個(gè)功率開關(guān)模塊作為備用模塊。查找雜音源，最簡(jiǎn)單快捷有效的方法是排除法，拔掉一個(gè)功率開關(guān)控制器使其控制的功率模塊不工作，所影響的雜音是1～2db。若分析雜音頻率為3kHz左右，則可以以2個(gè)功率模塊工作不正常（1.46kHz×2=2.92kHz）計(jì)算。

不同型號(hào)的IGBT飽和壓降是不一樣，在同等條件下測(cè)試，其輸出飽和壓降差最大可達(dá)20V。因此，在維修更換功率開關(guān)模塊IGBT時(shí)，最好使用和原機(jī)同型號(hào)的IGBT。才能確保模塊不至于因?yàn)镮GBT的飽和壓降不同而導(dǎo)致輸出電壓不同。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上，對(duì)影響發(fā)射機(jī)雜音指標(biāo)的功率開關(guān)模塊典型故障實(shí)例分析，以及對(duì)故障原因分析、故障排查、故障處理過(guò)程的總結(jié)，提出了與同行共同思考的建議和看法，希望能對(duì)此類發(fā)射機(jī)運(yùn)維有所幫助。由于水平有限，存在不足之處，請(qǐng)指正。

參考文獻(xiàn)

[1] 國(guó)家廣電總局科技司.廣播發(fā)射機(jī)新技術(shù)實(shí)用手冊(cè)[M].北京：中國(guó)廣播電視出版集團(tuán)，2010.

[2] 國(guó)家新聞出版廣電總局無(wú)線電臺(tái)管理局.SW100-A/B型100kw短波發(fā)射機(jī)[M].北京：中國(guó)書籍出版社，20011.

[3] 黃曉濱.TBH-522型150KW短波發(fā)射機(jī)維護(hù)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)書籍出版社，2011.

[4] 陳青松.]PSM100KW短波發(fā)射機(jī)功率模塊工作原理及故障分析[J].百度文庫(kù)，2013.