直接数字驱动功放模块常见故障分析

曾宾阳

摘要：直接数字驱动模块是由561台独立研发的新一代大功率功放驱动模块，性能稳定，效率高。本人长期从事于该模块的研发和维护，积累了一定的维护经验，现就该模块在工作过程中出现的常见故障给予简要分析，以期为相关人员维修和研究模块提供帮助。

关键词：直接数字驱动功放模块；射频信号；故障分析

中图分类号：TN948.53 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）02-0238-03

1 前言

直接数字驱动功放模块采用数字芯片技术直接对射频信号进行放大，不需要提前对送到模块的射频信号进行前级放大，而是把射频信号直接送到功放模块，在功放模块中采用驱动芯片直接对射频信号放大来驱动MOS场效应管，省去DX200所需的前级放大。模块采用大量贴片元器件，大大减少了模块的体积，集成度高，节省电源耗，提高了电能利用效率[1]。目前，直接数字驱动功放模块在我台研制的MF200多频中波广播发射机上得到很好的应用，性能稳定，现在已经平稳运行上千小时，电声指标均达到了国家规定的甲级标准。虽然Thomcast公司生产的M2W中波发射机与Harris公司生产的3DX中波发射机上也使用了直接驱动技术，但驱动方式有很大区别，设计思路也不尽相同，维护方式也相应不同。

2 直接数字驱动功放模块结构

直接数字驱动功放模块主要功能电路分为以下几个部分[1]：一是射频预处理电路，对输入到模块的平衡信号进行平衡转不平衡变换变为TTL电平，提高信号的抗干擾能力，送入可编程逻辑芯片PAL22V10进行后续处理；二是电源转换电路，直接数字驱动模块通过合成母板得到+12V和+48V电源，再经过功放模块的开关电源电路转换成所需各种电源；三是射频隔离和驱动技术，采用硅隔离技术的MOS场效应管驱动芯片Si8233，可以很好地对信号进行隔离，利用驱动芯片IXDN604对IRFP460直接驱动，满足直接数字驱动功放模块的设计需求。

通过我台自主研发的直接数字驱动功放模块测试平台，可以很好地对测试点和各芯片输入输出波形进行测量，通过测试数据来判断具体故障点[2]。下面就各主要功能电路出现的典型故障进行分析和总结。

2.1 射频预处理部分故障分析

射频预处理部分电路比较简单，出现故障也比较容易查找出，信号发生器送给两模块合成母板的信号频率为850KHZ，幅度为4.24VPP，占空比为52%的方波信号，经过处理后，送到模块输入芯片U21。首先用示波器测试芯片U21输出波形，正常波形为占空比为50%，峰峰值为+5V的方波信号。若输出波形无、占空比不对或者幅度不对，则测量U21芯片的电源和接地是否正常，输入信号是否为占空比为50%，峰峰值为1.2V的方波，以及芯片U16是否击穿，有异常则检查原因。若上述外围电路测试都正常，则可判断为芯片MC100ELT23损坏，更换该芯片即可。射频预处理电路图1所示。

2.2 电源转换电路故障分析

直接数字驱动模块通过隔离变压器将外接+12V和48V电源变换成各芯片所需电源，+12V电源经LM317稳压后产生+5.5V电源，+VB、+VA1、+VA2、+VH、+VD由变压器T1产生，电路原理图如图2所示。

正常情况下，合低压开关，测试平台驱动电流表显示的单块模块驱动电流约为0.30A左右，若电流远远低于该0.30A或为零，测量保险F5，F6，F7，F8和F9，看是否有开路，若存在开路情况，则更换相应保险。更换保险后，合低压，若驱动电流表显示依然为零，则要进一步分析原因，分为以下几种情况。

（1）F5开路，F5，F6，F7，F8和F9正常。测量MOS管Q11和Q12是否击穿，若栅源级击穿，则会导致+48V电源对地短路而使得F5烧断。若电流快速上升直到F5开路，时间大约为1S左右，则可能是变压器T1次级整流电路中，有个别整流二极管开路或者性能不好，导致次级电流增大，进而使得变压器初级电流越来越大，从而使F5开路，这种情况要用数字万用表二极管档测量各变压器T1次级整流电路中的二极管，看是否有短路或者性能不好的，更换有异常的整流二极管。（2）F5正常，F6，F7，F8和F9其中有一个或者多个开路。以保险F9为例，F9为电源+VD的通路提供保护，为隔离芯片U1和场效应管驱动芯片U6提供电源。当F9再次开路，则需检查芯片U1和U6是否有异常。首先判断隔离芯片U1是否有异常，测量引脚U1-15和UI-16是否短路，如短路，则可断定U1有问题，更换U1；若引脚U1-15和U1-16没有短路，则测量芯片U1外围电路是否正常，比如各引脚输入信号是否正常，正常情况下引脚U1-1和U1-2输入波形为占空比50%，频率为850KHZ，峰峰值为+5V，相位相反的方波信号，U1-3和U1-8为+5V，U1-4、U1-5和U1-9接地，引脚U1-10和U1-15输出波形为占空比40%，峰峰值为+16V，相位相反的方波信号。U1输入信号正常，而没有输出，则可判断芯片U1有异常。U1输入输出都正常，则测量芯片U6，正常情况下，U6-6对地电阻阻值为150欧姆左右，若远远低于该值，则说明电源对地隔离度不够，更换该芯片，同时测量二极管CR6和CR21是否短路，如短路则更换。其余保险开路可按照F9方法找出故障点。（3）F5，F6，F7，F8和F9均正常。若更换保险开路保险后，测量F5，F6，F7，F8和F9均正常，驱动电流表依然显示为零，则需检查电源处理芯片U15是否工作正常。正常情况下，经过四分频芯片U17处理后，U15-1和U15-2输入波形为占空比50%，频率为212KHZ，峰峰值为+5V，相位相反的方波信号，U15-3和U15-8为+5V电源，U15-4、U15-5和U15-9接地，U15-16测量为对地+30V左右悬浮电压，U15-11为+12V， U15-15输出波形为占空比48%，频率为212KHZ，峰峰值为70V左右的方波信号，U15-10输出波形为占空比48%，频率为212KHZ，峰峰值为20V左右的方波信号。

下面我们将根据测量值与上述正常值比较，查找故障点。例1：假设U15-1和U15-2输入波形没有或者频率不对，则应查找前级电路，测量CR29、CR30是否击穿，R75和R80是否开路，以及分频电路是否工作正常，一级级往前测量，直到找出故障点；例2：U15-16的电压为零，说明开关电源没有启动，这时需测量二极管CR54两端电压，正常情况下正端为+12V，负端为11.3V左右，在实际过程中，碰到过几次电阻R47和二极管CR54开路现象，导致+12V电源不能通过经CR32向模块提供+VA电源，低边MOS管Q5/Q7、Q6/Q8也就无法关断，输出磁环上的感应高电压将模块损坏，击穿场效应管；例3：当测得芯片U15输入信号和电源都正常，MOS管Q11和Q12也正常，合低压后驱动电流表显示电流依然为零，则可判断为U15内部可能有故障，更换U15即可。

2.3 场效应管击穿故障分析

直接数字驱动功放模块利用射频隔离驱动器SI8233芯片对射频驱动信号进行隔离，MOSFET采用IR公司生产的IRFP460，IRFP460的主要参数为Rds为0.22Ω，Id为20A，Vds为500V，Vdg为500V，可以很好地满足设计需求，而且IRFP460输入电容小，所需驱动功率低，栅极只要2.6V左右电压就可以导通，输出波形好[3]。用驱动芯片IXDN604对IRFP460直接驱动，省去了预驱动等复杂部件，方便设计和维护。IRFP460驱动原理图3所示。

导致场效应管击穿的原因有很多种，本节只对维修过程中经常出现的故障进行分析。首先对+250V电源保险进行测量，看是否有250V电源保险开路，以F3为例，若测得F3开路，用万用表二极管档测量F3保险对应的四个场效应管Q1/Q3和Q5/Q7的栅源、漏源级是否有短路现象，正常情况下二极管档测量栅源级数值为480左右，漏源级无穷大，若测得某管的数值很小或者为零，则说明该管已经击穿，先卸除有异常的场效应管，但不要急着更换该管，应先在模块测试平台加低压，测试IRFP460的栅极波形，正常情况下栅极波形为频率850KHZ，占空比为42%，峰峰值为16V左右的类方波，若波形不对或者没有，则需向前级查找原因，一般為隔离芯片U1损坏，判断是否为隔离芯片U1异常可以参考故障处理2.2节。若F3未开路，四个场效应管Q1/Q3和Q5/Q7也正常，则要向前级查找故障点，看通路中电阻R1和R4是否开路，二极管CR6、CR7、CR8、CR21是否击穿，芯片U1、U6和U18是否工作正常，芯片外围电路是否有短路现象等。同理，F4开路也可根据F3开路的处理步骤进行故障处理。

3 总结

本文简要讲述了直接数字驱动功放模块在日常维护中碰到的几种典型故障及对故障的简要分析。在实际设计和维护过程中，碰到的问题繁杂众多，由于篇幅限制，不能一一赘述，希望上述故障维护心得能给予相关研究人员。

参考文献

[1]肖秋华.直接数字驱动功放模块的设计与应用[J].广播电视信息，2014（12）：74-77.

[2]周光成.基于4kW数字式直接驱动功放模块试验平台的设计[J].无线发射与传输技术，2013（12）：100-102.

[3]徐帮辉，聂志龙，肖秋华，等.MF-200多频中波发射机原理[C].2014国际传输与覆盖研讨会论文集，2014.