3DX-50中波发射机整流硅桥国产化改造与升级

朱明明 段 晶

1.2.江苏省广播电视总台 江苏省 南京市 210000

引 言

江苏省广播电视总台的广播发射部在2014年完成迁建工作并投入使用，技术系统各项软硬件配置为全国领先、世界一流。中波发射机大量使用美国生产的3DX-50发射机，这种发射机采用了新的驱动技术——3D（直接数字驱动）技术，3D技术的应用省去了固态发射机的射频前级放大器，减少了发射机的复杂性，提高了整机效率［1］。

由于使用了全新的3D技术，射频功率模块由高压直流电源直接驱动放大，所以高压直流电源的稳定性直接影响发射机的稳定性和电声指标。为了保证发射机的安全高效，3DX-50发射机使用了两组三相桥式半控整流硅桥来提供高压直流电源。

1 原厂整流硅桥的缺点

由于长时间工作在高电压大电流的条件下，整流硅桥发热量很大，经过几年运行后，出现了大范围整流硅桥二极管烧毁故障，对安全播出造成了严重的威胁。原厂采购的整流硅桥价格昂贵，硅桥上的二极管平时检修时很难目视检查，损坏时更换也很不方便，需要把整流硅桥整体拆下来才能完成更换，这使得整流硅桥成为我台一大安播隐患。为了提高发射系统的稳定性，并降低运行成本，我们对整流硅桥进行了国产化改造和升级，使其性能得到了提升，成本大大降低。

2 国产化改造和升级

3DX-50发射机整流硅桥的电路原理如图1所示［2］，电路中的元器件主要包括二极管、晶闸管、压敏电阻、温度开关，我国均有同类型的成熟产品可供选用。整流硅桥的关键元器件是晶闸管（CR1、CR3、CR5）和二极管（CR2、CR4、CR6)。发射机的主控制器通过晶闸管来控制整流硅桥的通断，而二极管是整流硅桥上最常损坏的器件，所以有必要详细分析一下晶闸管和二极管的各项参数，以便于我们精准选型，在日常的检修中也能做到有的放矢。

图1 整流硅桥电路图

2.1 电子元器件参数计算与选型

根据图1所示的整流硅桥的电路原理，可以计算出电路中的电压和电流：

2.1.1电压计算

图1中，1A、2A、3A为三相Δ/Y型接法变压器的次级，也就是整流电路的输入。根据发射机电源柜取样数据可知，三路输入均为220V交流电压。经三相全波半控整流电路，输出到负载端的电压U为300V直流电压。

2.1.2 电流计算

图1中实际的负载为发射机的射频系统，在不同的调制度下，开通的功放模块数量不同，电流也会不同。

由发射机调幅理论可知，发射机的瞬时最大功率Pmax=（1+m）2PT，式中PT为调幅波的载波功率，m为调幅度。由此可知，瞬时最大功率与（1+m）2成正比。由于功率与电流的平方成正比，因此，电流与（1+m）成正比。

我们给发射机加1KHz正弦波信号，然后逐渐提高调幅度，通过发射机显示屏读取电流值，所得结果如下：

100%调幅度时，总电流为277A

110%调幅度时，总电流为309A

3DX-50型发射机理论上允许的极限调幅度为140%，由上述分析可以推算，在极限调幅度下，负载端的总电流值约为353A，平均到每一个整流硅桥的电流为353/2=176.5A。

根据以上数据，可以计算晶闸管的参数要求。

2.1.3 晶闸管的额定电压

由三相全波半控整流电路的原理分析可知，晶闸管最大正、反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值

考虑一定的安全裕量，则额定电压应为

2.1.4 晶闸管的额定电流

晶闸管电流的有效值为

考虑一定的安全裕量，则额定电流应为

二极管的额定电压和额定电流与晶闸管一致［3］。我们根据原厂参数选择相符的国产元器件来替代进口元器件。

2.1.5 晶闸管选型

原装的晶闸管为进口元件，型号为ST180S12P0V，价格约1000元。参数如表1所示。

表1 晶闸管参数

按照上文计算的理论值，结合原装晶闸管的参数，选择国产某型号的晶闸管，该型号晶闸管参数如表2所示。

表2 晶闸管参数

对比原装的晶闸管，该型号晶闸管具有更高的耐压，能承受更大的电流，同时符合触发电压和电流，但是价格只需要几十元。

2.1.6 二极管选型

原装的二极管型号为JPEC300U120型，价格约为75元。最大电流300A，满足额定电 流 （130A），最 大 电 压1200V，略低于额定电压的最大值（1616V），在实际使用中经常出现损坏。我们更换为国产某型号的二极管，最大电流为400A，最大电压为1600V，安全裕量更充足。

2.2 整流硅桥结构设计与安装

原厂整流硅桥的散热器结构较为紧凑，无法在发射机上直接拆卸损坏的二极管和晶闸管，需要把整流硅桥整体拆卸下来，非常的不方便。为此我们分析了国内能采购到的各种铝散热器，设计了全新的散热结构，经过多次搭建、改进，最终完成品重量更轻，可在发射机上直接更换损坏的元器件，散热能力和体积与原装产品在同一个水准。

2.3 整流硅桥上机试验与批量生产

2018年我们搭建完成了第一版的整流硅桥（见图2），在3DX-50发射机上使用后，验证了所有自选元器件的可行性。2019年5月搭建了第二版的整流硅桥（见图3），经过在3DX-50发射上长期使用，验证了结构的可靠性与稳定性。

图2 第一版整流硅桥

图3 第二版整流硅桥上机使用

为了保障庆祝新中国成立70周年相关活动安全播出任务，我们批量制作了五个整流硅桥（见图4），并先后更换下原厂整流硅桥，在发射机的运行维护和安播保障中发挥了很大的作用。

图4 第二版整流硅桥批量生产

3 本项目的成果和优点

第二版整流硅桥批量生产后，经过了长达两年半时间运行，在此期间，使用情况良好，未发生任何故障，稳定性超过了预期，成果如下：

（1）最长连续安全运行已达30个月；

（2）已投入使用四个，作为备件两个；

（3）为广播发射部节约成本约15万元人民币；

国产化的整流硅桥是针对原厂硅桥的缺点进行的改造和升级，具有以下几个明显的优点：

（1）日常检修时可以直接进行目视检查，有过热或烧焦痕迹可以及时发现。

（2）散热器结构更合理，二极管或晶闸管故障时可以直接拆卸并更换，不必拆卸散热器。

（3）元器件价格便宜，极大降低了备品备件成本。

（4）产品的可靠性高，可以向兄弟单位推广。

结束语

通过本项目的成功，我们开拓了一个新的检修思路，即使用国产材料和元件自行研制发射机组件替代进口组件，这样既可以针对原厂进口组件的缺点进行改进，又可以节省大量的采购成本，这种方法值得在今后的检修工作中推而广之。