DF100A型PSM短波发射机功率开关模块的介绍与典型故障分析

摘  要：功率开关模块是一个脉冲宽度调制单元，是DF100A型PSM短波发射机中重要的组成部分，在对发射机的日常维护中，它是重要的部分之一。文章对功率开关模块的工作原理进行了深入地研究，对功率开关模块的组成进行详细地介绍，并结合日常工作中发现的故障，从电路原理上对典型故障进行分析，给出处理方法。对发射机日常维护具有很好的参考作用。

关键词：DF100A;功率开关模块;功率控制板;故障分析

中图分类号：TN303        文献标识码：A文章编号：2096-4706（2022）04-0066-04

The Introduction and Typical Fault Analysis of Power Switch Module of Type DF100A PSM Short-Wave Transmitter

XU Qian

（National Radio and Television Administration 761， Yongan  366025， China）

Abstract： The power switch module is a pulse width modulation unit， it is an important part of type DF100A PSM short-wave transmitter， and it is one of the important parts in the daily maintenance of transmitter. This paper studies the working principle of power switch module deeply， introduces the composition of power switch module in detail， and combines with the faults founded in the daily work， analyzes typical faults from the principle of circuit， and gives the treatment method. It plays a good reference role in transmitter routine maintenance.

Keywords： DF100A; power switch module; power control panel; fault analysis

0  引  言

DF100A型短波发射机的调制方式是脉冲阶梯调制（PSM），就是将屏极调幅发射机的主整电源与调幅器合二为一，并且把主整电源化整为零。这种调幅方式能有效地降低成本，节约能耗，极大地改善了电声指标，提高了可靠性。DF100A型PSM短波发射机共使用50块功率开关模块，其中48块为屏极功率开关模块，剩下2块为帘栅极功率开关模块。屏极使用48个较低电压的模块电源取代一个高压直流电源，脉冲阶梯调制器输出一个在直流分量上叠加了音频分量的调制电压，它是随着功率开关模块的合断而形成的阶梯形电压，再经过低通滤波器后作为高末的屏极电压。因此，功率开关模块在PSM短波发射机中起着极其重要的作用。因使用的数量多，并且随着播音时长的增加，故障率明显增加，功率开关模块的消耗量逐步增大，然而库存有限，因此，了解功率开关模块的组成和工作原理、查找故障原因、对故障模块进行维修是发射机房日常工作中重要的项目。

1  功率开关模块的工作原理

高末屏极功率开关模块与高末帘珊功率开关模块的工作都是通过调制器控制器来控制，图1为调制器控制器与功率开关模块的工作框图。高末屏极功率开关模块的供电是由调制器变压器提供的三相500 V交流电压，在模块的主电路中经过整流、滤波最后输出700 V直流电压，48个模块是串联的形式为高末屏极供电，而高末屏极的供电电压是14 kV，则发射机在载波状态下需要合上20块，当发射机满调幅时需要合上42块功率开关模块，剩下6块充当备份，48块模块循环投入使用，由调制器控制器中的环形调制器控制。主要工作原理为，由直流、音频、三角波合成的复合信号经过调制器控制器中的快速变换器加工后形成A信号，表示要求合上多少级功率开关模块。功率开关模块输出37 kHz的信号点亮发光二极管，光信号通过光缆传到调制器控制器中的光接收器中，光接收器又将信号传送到状态板，由状态板输出一个Z信号，反映的是有多少级功率开关模块被合上，然后A信号和Z信号在环形调制器里比较，判断需要继续合上还是断开功率开关模块，信号通过光发射器再经过光缆控制功率开关模块的合断。两块高末帘栅功率开关模块采用PDM方式供电，且同时合断，为其供电是高末帘栅变压器输出的三相460 V交流电压，经过整流、滤波后输出600 V直流电压，兩块高末帘栅功率开关模块输出1200 V电压，载波情况下的占空比为0.667，因此高末帘栅压的平均值为800 V，由音频通路板控制。

2  功率开关模块的组成

一个功率开关模块主要分为主板部分与功率控制板部分，如图2所示，主板部分主要由电源、电子开关、空转二极管三个部分组成。电源部分同时给主板与功率控制板提供电源，三相500 V交流电经过由三相桥式整流电路组成的整流器形成的直流电压，再经过由滤波电容、泄放电阻等组成的滤波器后输出700 V直流电压供给下一级，其中还并联了一个由发光二极管DS1组成的指示灯电路，用来指示功率模块电源的工作状态;控制板电源主要由两套辅助整流器组成，由两相230 V交流电经过两个串联的变压器T1、T2，然后经过整流、滤波、稳压后输出12 V直流电压，分别为AC管与DC管提供控制电源。78B3293E-D178-40C9-B86C-84410D402017

功率开关模块直流电压的输出受控于电子开关Q1，即IGBT，它是绝缘栅双极型晶体管，有着开关速度快、散热稳定、安装与维修简单等特点。IGBT由两个复合晶体管组成，临近负载的是DC管，也称开关管，由它来决定功率开关模块是否输出电压。临近于电源的是AC管，也称保护管，当DC管正常工作时，AC管保持闭合，当DC管故障，AC管则断开。

空转二极管的作用是当功率开关模块正常工作时，负载电流由电子开关导通，只有当本级功率开关模块停用时，空转二极管才为负载电流提供通路。空转二极管上并联了一个由发光二极管DS2组成的指示灯电路，当本级功率开关模块工作正常时，指示灯正常发光，当功率开关模块停用时，则指示灯灭。

功率控制板主要由开关管控制电路、保护管控制电路、同步与失步保护电路、开关状态检测电路和失步保护补充电路组成。当开关管控制电路接收到合的信号时，就会输出一个高电平到DC管的门极使其导通，开关管控制电路还包含一个由过载保护拾电镍阻丝组成的过流保护电路，当过载电流达到整定值30 A时，其两端的电压上升至0.75 V，从而使开关控制电路拉开DC管;保护管控制电路的作用是当外电瞬时降低时，可以防止立即输出信号拉开AC管进而防止拉开DC管。当外电长时间异常时，保护管控制电路就会发出信号拉开AC管进而拉开DC管;同步与失步保护电路是由三异或门组成的电路，同步保护就是在DC管正常工作的情况下，电路中的一个异或门的两个输入端电位始终相同，从而维持AC管的导通。当DC管故障时启用失步保护，输出信号把AC管拉开，在未经修理后重新合电，这一级开关依然会处于停用状态;开关状态检测电路是用来检测AC管的工作状态，并控制发光二极管DS1的亮灭，光信号通过光缆传送到调制器控制器中，使其控制状态灯的亮灭与调配功率开关模块的合断;失步保护补充电路是为了防止当光缆接头、或光缆有故障时，与之对应的模块合不上又甩不开，使总输出电压的交流纹波加大，杂音变坏。因此当光缆出现故障时，110 s后失步保护补充电路就会使对应的功率开关模块处于停用状态。

3  功率开关模块的典型故障分析

故障现象一：发射机加高压时，状态板上的某块指示灯不亮。

故障分析与处理：如图3所示，先合高压观察功率开关模块中的DS1指示灯是否发光，若其不发光表示模块前级的供电部分或者是模块内部电源部分发生故障，模块内部的电源部分故障最常体现在保险管烧断或压敏电阻炸裂，也是肉眼可以观察到的，若没有明显烧断现象，则可以先换下功率开关模块，过后再测量电源部分的其他元器件;若更换模块后DS1指示灯还是不亮，则是给模块供电的部分发生故障，测量调制变压器输出的电压和模块的输入电压，确定是调制变压器发生故障还是其与模块的连接线发生故障;若DS1指示灯亮，则观察DS2指示灯是否正常发光，若DS2指示灯正常发光，则故障可能发生在状态板指示灯电路;若DS2指示灯灭，为了快速确认故障部位可将相邻模块的光缆对换，若对换光缆后故障指示灯序号一样，则说明故障发生在光缆;若故障的指示灯序号变化，恢复光缆后更换模块的控制板，若故障现象消失，则为功率控制板故障;若故障现象依旧，则可能是AC管开路或者控制板电源部分发生故障，可先换下功率开关模块，过后用万用表进行测量查找故障点。经测量发现在主板中的故障主要由于IGBT击穿。

故障现象二：闪外电后，状态板指示灯大量熄灭。

故障分析与处理：如图4所示，AC管控制电路所示，正常情况下，+12 V的控制电经过两个电阻的分压使U2的同相输入端输入6 V的电压，反相端经过R3的压降使稳压二极管负端的电压箝位在5.1 V。由于闪外电造成外电过低，导致U2的同相输入端输入电压小于反相输入端的5.1 V输入电压，使U2输出低电平，低电平信号送至RS触发器的置位端，使Q端输出高电平，再经反相器U5后输出低电平至AC管，使AC管断开、本级功率开关模块停用，状态板对应的指示灯灭。这种情况下如果没有达到停播的界限，则继续维持播音;如果达到停播的界限，应当重新加高压使模块重新启用。

故障现象三：发射机加高压时，状态板指示灯1 s后灭。

故障分析与处理：最常见是由于失步保护电路引起，如图4中三个异或门组成的失步保护电路所示，当DC管击穿时，C点为高电位，D点为低电位，因此E点为高电位，此时F为低电位，因此G点为高电位，光缆无故障时I点为低电位，因此H点为高电位，使得Q1导通，U7的二极管发光、三极管导电，从而使U2输出低电平，RS触发器的Q端输出高电平，经反相器U5后输出低电平，拉开AC管，此级功率开关模块停用，状态板相应指示灯灭;当DC管断路时，C点与D点同为高电位，因此E点为低电位，此时F为高电位，因此G点为高电位，由于I点为低电位，因此H点为高电位，使Q1导通，与上面情况相同，最后拉开AC管，此级功率开关模块停用，状态板相应指示灯灭。在异或门U9b到U9c之间设置了一个延时电路，延时为：t=RC=100×10?×10×10-6 =1 s，因此发射机加高压时，状态板指示灯1 s后灭。这时应当更换功率控制板。

故障现象四：发射机加高压时，高末帘栅电压下降，音频通路板9A4帘栅状态灯1#灭。

故障分析与处理：高末帘栅电压下降说明两个帘栅功率控制模块中有一块没有正常工作。这种情况可以根据图3的流程，对帘栅状态1#灯所代表的功率开关模块进行故障排查，观察外观有无明显打火痕迹，DS1、DS2指示灯是否亮，更换功率控制板，查看故障现象是否依旧等方法来判定故障点。

4  结  论

本文介绍了功率开关模块的基本组成与模块在发射机运行时的工作原理，列举了几个最常见的故障并且从原理上对故障进行分析，发现功率开关模块的故障大部分是因为功率控制板故障或者电子開关击穿。在研究中增强了对功率开关模块的了解，有助于日常工作，也便于对模块的检修和维护，出现故障时对故障点的查找也起了有利的作用。

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作者简介：徐倩（1993—），女，汉族，福建南平人，助理工程师，本科，研究方向：电子发送。78B3293E-D178-40C9-B86C-84410D402017