功率开关控制板故障分析

陈建平

（国家新闻出版广电总局731台，福建龙岩364000）

功率开关控制板故障分析

陈建平

（国家新闻出版广电总局731台，福建龙岩364000）

日常检修中，主要根据发射机状态板上的指示灯，判断对应某号功率模块或控制小板是否正常，发现问题及时进行更换。分别介绍控制小板中各支路的功能，并结合实际维护经验对常见故障进行分析和判断。

短波发射机；控制小板；Psm

引言

TBH522型150 kW短波发射机采用PSM技术来获得高末直流阳压和音频调制电压，使用了50套功率开关模块提供电压，其中48套功率模块串联输出提供高末阳压，2套用于提供高末的帘栅压。

每个功率开关模块上都装有一个功率开关控制器板（简称控制小板），控制其控制模块上IGBT的保护管AC和开关管DC，它与整个PSM调制系统联系是通过2条光缆实现的，一条光缆用于接收来自PSM控制系统的合或断开关管的指令信号，一条用于传送反应本功率开关模块工作状态的信号[1]。

控制小板由保护管控制电路、开关管控制电路、短路保护电路、开关管状态检测及故障保护电路、失步保护电路、开关状态及外电检测电路、以及供电回路组成，实现以下控制功能：1）接收系统信号并控制模块开关IGBT的AC管和DC管的通、断；2）向PSM控制系统发出37 kHz的光信号，反应模块开关状态；3）检测模块开关状态和外电变化情况，出现故障时及时进行保护。

1 开关控制板实际故障分析

1.1 故障实例一

开关控制小板不能正常切换功率模块的开关。

1.1.1 故障查找

测量过供电电源均为正常交流380 V，无出现跳变情况，更换控制端A5功率控制板，无效；对故障模块的光发/光收光缆进行检测，无异常。更换开关控制小板后，恢复正常。

1.1.2 原因分析

在功率开关模块正常工作时，AC管是常通的，把一个700 V电压输出至DC管。该支路如图1所示，具体工作情况为：

开机后，本板的供电回路输出+12V，一路通过R2和R1，经过分压后A点电压为6V，并加至比较器N7的同相输入端；另一路通过R3和稳压管VR1使B点得到5.1V电压，并加至比较器N7的反相输入端。由于UA＞UB，则C点输出高电平“1”（此时由于DC管检测电路正常时输出为高电平，不影响C点电压），经过RS触发器后D点输出低电平“0”，再经反相器后输出为高电平“1”至AC管栅极，使AC管导通。

图1 保护管控制电路

当发生下列情况时，AC管将被切断：

1）当本小板的供应电压变化较大，且低至10 V以下时，此时A点电压下降低于5 V，即UA＜5 V；另一回路由于稳压管VR1的作用，B点仍稳压为5.1V，这就造成UA＜UB，则比较器N7输出C点由高电平“1”变为低电平“0”，经RS触发器后D点输出高电平“1”，再经反相器输出低电平“0”至AC管栅极，将AC管断开；

2）当R1、R2阻值变化较大，造成A点电压UA＜5V时，即UA＜UB，此时如上情况所述，也将AC管断开。

1.1.3 解决方法

更换故障的N7集成块。

1.2 故障实例二

开关控制小板的光纤控制出现故障，不能正常按工作指令控制功率模块的开关。

1.2.1 故障查找

测量控制端的光发/光收板，检查光缆上是否因为温度而发生变形，影响折光度。

1.2.2 原因分析

PSM控制系统根据输入的音频信号变化规律，负责对48个功率开关模块的开关管DC进行导通或断开的循环控制。该电路中有一个光接收器，接收光缆传递的由控制系统发出的指令信号，以控制DC管的导通或断开。见图2：

图2 保护电路

其工作情况为：

当系统未发出“合”信号时，此时无光信号输入，则U8输出A点为高电平“1”，经与非门后输出B点为“0”，C点为“1”，则D点为“0”，即断开DC管；

当系统发出“合”信号时，此时有光信号输入，则U8输出A点为“0”，B点为“1”，C点为“0”，则D点为“1”，导通DC管。

当光缆出现故障时，即使系统的其它部分工作正常，但与该故障光缆对应的开关也将合不上，将影响总输出电压，使指标变差。为此，当经过110 s后检测到某级功率开关一直没有正常工作时，表示已经超过一个循环通断周期，则控制系统应该把该级模块断开，让它处于停用状态。

当电路和光缆正常时，控制系统发出“合”信号，即DC管为导通状态A点为“0”，B点为“1”，此时场效应管Q3导通，使D点为“0”，而C点为“0”，触发定时器D4输出E点为“1”，F点为“0”送至DC保护电路，对其不产生影响；

当光缆发生故障时，不论控制系统是否发出合断信号，则DC合断信号的A点为“1”，B点为“0”，使场效应管Q3截止，此时+12 V电源经电阻R34对电容C33充电，其充电时间T=1.1RC=110 s，当经过110 s后，电容C33输出高电平使D点为“1”，而由于C点为“1”，触发定时器D4输出E点为“0”，F点为“1”送至DC保护电路，将AC管断开，使该级模块处于停用状态。

1.2.3 解决方法

更换功率开关控制板进入的光纤头，该光纤因为长时间的热能影响发生变形了，导致光信号无法正常传导。

2 原理总结

日常检修中，主要根据发射机状态板上的指示灯，判断对应某号功率模块或控制小板是否正常，发现问题及时进行更换。由于模块的IGBT被击穿而短路或开路，也会造成指示灯常亮或常灭。

控制输入电路正常工作时，发出37 kHz的光信号；当发生故障时，其光信号消失，PSM控制系统自动将对应模块断开停用。

工作模块正常时，AC管导通，输出一个700V的直流电压，经过电阻分压，在R11的压降为：R’= 10×1.2/（10+1.2）=1.07 kΩ，UA=700×1.07/（200+1.07）=3.7V，该电压又与电阻R12、电容C11共同决定压控振荡器N5的输出频率f，而f=UA/R12·C11·10=37 kHz，并通过光缆传给PSM控制系统，反应该支路工作情况[2]。

综上所述，以上分析的几种电路状态如下表1所示：

表1 开关状态及外电检测电路的工作状态

当光缆出现故障时，即使系统的其它部分工作正常，但与该故障光缆对应的开关也将合不上，将影响总输出电压，使指标变差。为此，当经过110 s后检测到某级功率开关一直没有正常工作时，表示已经超过一个循环通断周期，则控制系统应该把该级模块断开，让它处于停用状态。

3 常见故障汇总框图

分析完控制小板各支路工作情况后，将其常见各种故障汇总作如下框图3：

图3 常见故障框图

除了以上分析外，该小板还要检测可能的故障：

小板上的供电回路出现问题，造成+12 V或+5 V电压输出不稳定，使元器件无法正常工作，对电路产生影响。此时应检测供电回路的整流器、稳压管、二极管、电容等，发现问题及时进行更换。

[1]黄晓兵.THB-522型150 kW短波发射机维护手册[M].北京:中国书籍出版社,2011:148-152.

[2]徐伟东,宣伟民,姚列英,等.基于PSM技术高压脉冲电源的模拟试验[J].电工技术学报,2008(1):110-113.

（编辑：王璐）

Fault Analysis of Power Switch Control Panel

Cheng Jianping
(State Administration of Press,Publication,Radio,Film and Television Bureau, Longyan Fujian 364000)

Dailymaintenance,according to the state indicator transmitter board,a powermodule or determine the corresponding control panel is normal,identify problems and timely replacement.This paper introduces the function of each branch control panel,and combined with the actualmaintenance experience to analyze and judge the common fault.

shortwave transmitter;control panel;Psm

TN838

A

2095-0748(2016)20-0064-03

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.20.28

2016-10-12

陈建平（1981—），女，福建龙岩人，本科，电气工程师，研究方向：短波发射技术。