CINRAD/CD 天气雷达发射系统故障解析

雷登林，田 程，钟 健

(贵州省贵阳市多普勒天气雷达站，贵州 贵阳 550001)

CINRAD/CD 天气雷达发射系统故障解析

雷登林，田 程，钟 健

(贵州省贵阳市多普勒天气雷达站，贵州 贵阳 550001)

借助CINRAD/CD天气雷达的雷达状态监控，通过其报警状态信息，再通过观察其器件外观状态、及利用仪器仪表的检测分析，能落实故障器件的定位。对于较复杂的或涉及片级元器件的故障，则需在透彻理解雷达电路原理的基础上逐级检测分析，直至查找出并修复故障。

IGBT;EXB841;脉宽调制器;灯丝偏磁分机

1 前言

贵阳新一代天气雷达于2001年吊装完成，至今已运行11 a时间。在雷达运行期间，贵阳雷达出现大小故障40余次，而发射系统是雷达各子系统中故障出得比较多的子系统，出现故障达17次，接近故障总数的一半，而发射系统的开关电源、调制器、预调器、灯丝偏磁电源分机等重要部件则是故障频繁。发射系统出现故障时通常导致电子元器件的彻底烧坏，因此应竭力避免出现这样的后果，而定期对发射部分器件的状态参数进行检测与调整就显得必不可少。本文选取了几例我站天气雷达出现的发射系统故障，并逐一介绍其分析、检查及处理过程。

2 故障维修

2.1 实例故障维修个例1

开关电源I内IGBT烧坏。故障现象：开高压，发射系统报“开关电源”故障。

检查过程：①开低压，无低压故障;延时15 min，准加指示灯亮。表明低压工作正常。②关预调器电源，先后取下IGBT调制分机，用三用表(200 k档)检查两路IGBT调制分机中的IGBT模块，均正常。③开低压，按开关电源Ⅰ面板上的“开”开关，用示波器检查开关电源Ⅰ面板脉冲检查插座上的波形，为20 kHz的方波。表明开关电源触发产生环节正常。④取下开关电源I分机(之前应取下对应的插头)。用三用表(置200 k档)测量全桥变换器的两个IGBT模块 V1、V2上，两只 IGBT的 C1、E1及C2(E1)、E2两端的阻值。有一只的均为0 Ω。表明该IGBT模块已损坏。

更换IGBT后，检查IGBT驱动脉冲。检查方法：将～220 V电源接入取下的开关电源Ⅰ分机电源变压器T1的1、2脚。按开关电源Ⅰ面板上的“开”开关，用示波器检查IGBT V1、V2上的驱动波形(探头正端接G，负端接E)。正常情况下，V1：G1-E1与V2：G2-E2波形应一致，而V1：G2-E2与V2：G1-E1波形应一致，两组波形的时间关系如图1所示。

图1 全桥变换嚣IGBT的驱动波形

经查V1：G1-E1无驱动脉冲波形，其余的波形均正常。开关电源Ⅰ分机控制板产生的脉宽调制脉冲送驱动板进行隔离、放大，输出至各IGBT的栅极。检查驱动板，发现V1：G1-E1对应的驱动电路R3烧毁、爆开，EXB841损坏。更换R3及损坏的EXB 841后，接通电源，该路驱动脉冲依然不正常。测试EXB 841的2、10脚之间电压为0V，整流桥输出电压约+28 V。表明三端稳压器CW 117损坏。更换三端稳压器，重新进行驱动脉冲测试，各处驱动波形及其时间关系均正常。将开关电源I分机恢复正常位置并接好相关插头。按正常程序开高压，开关电源输出正常，发射系统工作正常。

开关电源I内IGBT的烧坏，与开关电源I内驱动板上4路EXB 841驱动芯片的输出关联性很高，因此对EXB 841驱动芯片的输出提出以下要求：

①触发脉冲要具有足够快的上升和下降速度，即脉冲前后沿要陡峭;

②栅极串连电阻Rg要恰当。Rg过小，关断时间过短，关断时产生的集电极尖峰电压过高;Rg过大，器件的开关速度降低，开关损耗增大;

③栅射电压要适当。增大栅射正偏压对减小开通损耗和导通损耗有利，但也会使管子承受短路电流的时间变短，续流二极管反向恢复过电压增大。因此，正偏压要适当，通常为+15 V。为了保证在C-E间出现dv/dt噪声时可靠关断，关断时必须在栅极施加负偏压，以防止受到干扰时误开通和加快关断速度，减小关断损耗，幅值一般为-(5～10)V;

④当IGBT处于负载短路或过流状态时，能在IGBT允许时间内通过逐渐降低栅压自动抑制故障电流，实现IGBT的软关断。驱动电路的软关断过程不应随输入信号的消失而受到影响。

为实现上述要求，必须对基于EXB 841驱动芯片的电路参数进行调整，通过调整4路驱动电路的电位器RP*(* 为1、2、3、4)，可以改变栅极串连电阻Rg的阻值，取得满足IGBT正常工作的驱动脉冲，图2为基于EXB841驱动芯片的驱动电路输出的两种驱动波形：左为不正常输出驱动波形、右为调整后正常输出的驱动波形。

图2 EXB 841驱动电路的两种驱动波形

2.2故障维修个例2

开关电源I内控制板上脉宽调制器电路N2(型号SG 3526或SG 1526)闭环失效引起的“开关电源”故障。故障现象：监控分机面板上的高压电压指示超过额定值并报“开关电源”故障。

原因分析：开关电源电压指示是利用调制柜取样板对高压进行电流取样，将高压电压变成微安级电流，100 mA电流表(表的刻度盘改造成满度5 kV)来指示高压电压的。当并联在电流表两端的电位器开路时，高压指示将打表，但这时真正的高压电压并不增加或减小。从脉宽调制型开关电源稳压原理来看，开关电源Ⅱ取样板上的电阻R1、R2(均为2mΩ电阻)与开关电源Ⅰ面板上的高压调节电位器RP1(阻值为5 kΩ)构成了取样电路，RP1中间点就是取样信号输出端，如图3所示，开关电源高压电压为U0，取样电压U'0。闭环稳压时，取样电压U'0应为控制板上脉宽调制器N 2-1上的电压，本电路中该电压为2.5 V。根据串联电路的分压关系：

图3 稳压关系示意图

遇到高压过高(超过3 kV)时，应立即按开关电源Ⅰ面板上的“关”开关，将宽调制器输出的触发切断，避免发生更大的故障。

检查过程：①在开关电源Ⅰ面板上，按“开”开关，检查开关电源触发，正常。②检查高压指示电路，正常。③检查高压取样环节开关电源Ⅱ取样板上的电阻R1、R2正常(均为2mΩ);检查开关电源Ⅰ面板上的高压调节电位器RP1正常;将2.5 V电压送入射随器N1，工作正常;最后怀疑脉宽调制器电路N2闭环失效，输出触发脉冲宽度最宽(约20 μs)，导致高压过高。

更换脉宽调制器电路 N2(型号 SG3526或SG1526)后，按程序检查触发脉冲正常，开高压，稳压正常。

2.3 故障维修个例3

灯丝偏磁分机控保电路引起的“灯丝欠流”或“灯丝过流”故障。故障现象：雷达报“灯丝欠流”或“灯丝过流”故障，不能加高压。

检查过程：由于灯丝偏磁分机的主要功能就是为速调管灯丝、高变比脉冲变压器提供工作电源，所以故障很可能发生在灯丝偏磁分机。首先观察灯丝偏磁分机面板上的灯丝电流电压指示值，正常;检查变压器次级整流桥堆(KBPC2504)为速调管灯丝提供的偏磁正电压，正常;再检查灯丝保护电路中有关取样电压。开低压预热后，测试灯丝欠流和过流保护取样电阻RP2、RP4电压均为0 V，而插槽的17、19脚的灯丝保护采样输入有电压输入为5.8 V。怀疑是电路公共部分有故障，检测比较放大器N1的1、7脚，无输出，初步判定N1性能欠佳。更换N1后，采样电压正常，灯丝欠流和过流故障消失，雷达工作正常。检测记录关键点的参考值如下：灯丝保护采样输入电压5.8 V，欠流保护RP2基准电压为5.5 V，过流基准RP4电压为7.0 V，有±5%左右的变化属正常现象。

原因分析：速调管灯丝控保电路的比较放大器性能不良，灯丝欠流或过流采样电压误差造成故障报警，不允许加高压。

3 小结

根据电原理图，分析信号流程，逐级排查系统电路中的电元源器件，实现片级元器件的检测;记录雷达正常工作时的状态参数，可在故障排查时进行对比，能较大的提高排除故障时的效率;定期对系统做到细致全面的维护、利用万用表、示波器等仪器检测雷达重要器件的参数并调整其到最佳状态，能最大限度的保证雷达正常运行。

［1］ 曹书强.基于EXB841的IGBT驱动与保护电路研究［J］.电源世界，

P458.1+21.1

B

1003-6598(2012)04-0055-03

2012-07-12

雷登林(1976—)，男，工程师，主要从事雷达技术保障与探测工作。