陶艳清
1 引言
在DF100A PSM发射机运行中，48个功率模块输出电压为高末电子管提供屏压，在工作中经常会遇到有模块IGBT（双极性绝缘栅）击穿的现象，如果在工作中如果没有及时发现，将造成发射机的信噪比指标下降，收听有杂音。在设备维护中，如何发现此现象并解决指标下降问题，对发射机安全稳定运行有着十分重要的意义。
2 功率模块及其控制板的工作原理概述
每一块模块主要由三部分电路组成，即：一套三相全波整流器及其滤波器：主要由一只绝缘门双极晶体管（IGBT）组成的电子开关；当电子开关关断时旁路负载电流，即用于空转的反相二极管。
2.1 电子开关IGBT的主要组成
700V直流输出电压的正极受控于电子开关，它主要由绝缘门双极晶体管Q1组成，Q1的第一个晶体管邻近于电源，称为AC管即保护管，第二个晶体管邻近于负载又称DC管即开关管。两管的控制信号分别输入到各自的门极和发射极之间，与每路控制信号输入端相并联的还有：负载电阻10KΩ、反向信号削波二极管和正向信号箝位二极管各一只。
2.2.1 开关管控制原理
每个功率模块上都附有一个功率开关控制板，用它来控制保护管和开关管，由于功率开关模块及其控制器都悬浮于高电位，所以它同低电位处的控制信号依靠两条高绝缘的光缆相联系。其中，一条光缆用于接收来自循环调制器的合或断开关管的指令信号；另一条光缆用于传递本块功率开关是否工作正常的信息。
开关管的控制信号经图1所示电路引入它的门极，当某个PSM开关的合闸信号由电信号转变为光信号时，它通过光缆传送到一个对号的光电管，即图1的U8。U8受光导通并输出低电平。其后的与非门U11B有一输入端固定为高电平，它和来自U8的低电平相“与”而又倒相后为1信号。这个1信号输入到与非门U11D的一端，它的另一个输出端在过载镍丝保护不起作用时也是1信号，故其输出为0信号。再经非门U12为1信号、即高电平，所以开关管门极得高电平触发而导通。这相当于同U8对号的PSM开关被合上，反之，当上述PSM开关受拉闸信号控制时，U8没有光输入，相应开关管的门极输入为低电平，即对号的PSM开关被拉开。
当过载电流达到整定值时，镍丝两端的电压降上升到0.75V，使光电耦合器U14二极管发光，并促使它的三极管饱和导电。这样，U14的三极管集电极就由截止时的高电平翻转为饱和导电时的低电平，去对定时器U10的8号端触发，从而使它的9号段输出高电平，经三级非门转变为低电平输出，因而使对应的开关管拉开，防范了过载事故。U10输出高电平的延时t=1.1R24C26=1.1×47×103×10×10-6 =517ms。
2.2.2 保护管控制原理
保护管的控制电源来自1号辅助整流器，其输出电压为12V，相应的正、负端分别标示为12VA和A。其中的A端与对号PSM开关保护管的输出端，即该管的发射极相连。保护管的控制信号电路如图1所示。在图1中，U2的同相输入端由12VA经1：2分压器的6V，其反相输入端由12VA经1kΩ电阻和稳压管引取5.1V（<6V），故正常输出应为高电平。启动时，因为0.1uF电容器有一个充电的过程，所以U2的输出由低电平转变为高电平要经历一定的的延时。根据有关电路的充电微分方程可以解得电容器上的暂态电压为：Uc=Ri≥5.1V这说明U2的输出在合电后0.095ms才由低电平变为高电平。这个充电电路的主要作用是：当外电瞬时降低时，依靠0.1uF电容的储能，可以防止U2立即输出低电平而拉开保护管。
图1中的U9、Q1和U7组成同步检测保护电路，在正常情况下，U7的二极管不发光、三极管不导电，故对U2的输出电平无影响。图中的U4是4093B型三与非门集成块中的两个与非门，并由两者组成基本R-S触发器。其中有引出线的输出端为Q，单纯反馈并不引出的输出端是Q（—），与Q对应的输入端是S（—）d，与Q（—）对应的输入端是R（—）d。当S（—）d =R（—）d =1时，Qn+1=Qn，即输出是0还是1取决于原有的状态。然而由于在R（—）d端的降压电阻前还接有100KΩ和10uF的充电电路，所以另有特点，启动时U2经过0.095ms输出高电平，即S（—）d =1。R（—）d要经过一定的充电时间才能建立高电平，而且阻容串联电路在外施电压E作用下的充电电压为：Uc=E*（1-e-）式中：E=12v，R=100KΩ，C=10mF；若以U2同相端经过充电达到51.V的时间t=0.095ms代入上式，可算得uc=0.0001V。此电压很小，相当于电平为R（—）d =0。根据S（—）d =1、R（—）d =0得Q=0.此逻辑电平经一级非门转变为1信号输入到保护管门极，从而使保护管开通。当R（—）d输入电路充电完成时， R（—）d =1， S（—）d =1，基本R―S触发器的输出取决于原有状态，即Q=0，它使得保护管保持导通。
3 IGBT击穿对发射机指标的影响
在发射机运行中，当功率模块的IGBT击穿后，加高压功率降至零时会出现高末屏压表有500V的静态电压，该模块的输出指示灯DS2一直亮。也就是说只要一加高压，故障模块的IGBT已经不受光信号的控制，整流输出电压直接加到高末电子管屏极。在满功率时测试发射机杂音指标，测试值为-34dB左右，杂音指标变差。
正常工作时，功率开关模块上的IGBT的开关管被击穿时，功率开关控制小板的失步保护电路检测开关管已被击穿，会断开保护管，保护管被切断后，本板的外电检测电路不再发出37KHz信号通知本机的开关状态板。开关状态板对应电路不动作，开关状态板对应模块工作状态指示灯灭，循环调制器就会自动将这一个功率开关跳过，此功率开关从高压供电系统中脱开。发射机正常工作，而当功率开关模块的IGBT的开关管和保护管均已被击穿的情况，失步保护电路试图断开保护管，而保护管也被击穿，无法断开，本板的外电检测电路依然发出信号。通知开关状态板；此功率开关模块在正常工作，开关状态板对应模块工作状态指示灯亮着。循环调制器依然按“先合先断，先断先合”的原则让这个功率开关循环通断。功率开关控制器控制功率开关合上时，IGBT的开关管和保护管均已被击穿，这个功率开关输出电压，而当功率开关控制器控制功率开关断开时，由于IGBT的开关管和保护管均已被击穿，无法断开，此功率开关继续供电，此时PSM调制器输出的高压比正常时多出了一个功率开关模块电压（约680V），形成一个方波的噪声，PSM系统用于PDM补偿的三角波信号频率fc‘约为70KHz～120KHz，单个功率开关模块的通断频率为开关频率的48次分频：fc∕48=1.5KHz～2.5KHz，所以产生的噪声频率为1.5KHz～2.5KHz，由于这个噪声频率是变化的，用示波器观察载波时无法同步信号，这也是一个重要特征。
这个噪声是因为1.5KHz～2.5KHz的频率上多合上一个功率开关，所以产生的噪声是一个1.5KHz～2.5KHz的方波，PSM系统的镇噪板按“静态使用，动态停用”的原则工作，在无调制信号时（静态），由于射频信号通过包络检波器和双向限幅器取得音频噪音分量，经反向后加入音频调制信号中，用来抵消原有噪音，来改善整机的杂音电平，这个由于功率开关模块击穿产生的方波噪音信号的平直阶段。就可以应用PSM系统的镇噪器，在方波的开始上升及下降阶段，当镇噪器还没有停用时，在音频通路板中就已经增加了反向检波信号。在此基础上就可以得到正常工作状态的方波。
4 结束语
DF100A型短波发射机在运行一段时间后，模块上的IGBT击穿就会影响到发射机的信噪比，导致发射机播出质量差。因此要加强发射机的维护及管理，借助一些细微变化，找出可能的故障并及时消除，确保发射机的良好运行状态。
参考文献：
[1] 魏瑞发，陈锡安，《脉阶调制设备》。
[2] 黄志忠，《DF100A型短波广播发射机调谐驱动原理与故障分析》，黑龙江科技信息2010.10。
