df100a短波發(fā)射機功率模塊igbt擊穿對信比的影響

1、<p>　　DF100A短波發(fā)射機功率模塊IGBT擊穿對信比的影響</p><p><b>　　1 引言 </b></p><p>　　在DF100A PSM發(fā)射機運行中，48個功率模塊輸出電壓為高末電子管提供屏壓，在工作中經(jīng)常會遇到有模塊IGBT（雙極性絕緣柵）擊穿的現(xiàn)象，如果在工作中如果沒有及時發(fā)現(xiàn)，將造成發(fā)射機的信噪比指標下降，收聽有雜音。在設(shè)備維護中

2、，如何發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象并解決指標下降問題，對發(fā)射機安全穩(wěn)定運行有著十分重要的意義。 </p><p>　　2 功率模塊及其控制板的工作原理概述 </p><p>　　每一塊模塊主要由三部分電路組成，即：一套三相全波整流器及其濾波器：主要由一只絕緣門雙極晶體管（IGBT）組成的電子開關(guān)；當電子開關(guān)關(guān)斷時旁路負載電流，即用于空轉(zhuǎn)的反相二極管。 </p><p>　　2.1 電

3、子開關(guān)IGBT的主要組成 </p><p>　　700V直流輸出電壓的正極受控于電子開關(guān)，它主要由絕緣門雙極晶體管Q1組成，Q1的第一個晶體管鄰近于電源，稱為AC管即保護管，第二個晶體管鄰近于負載又稱DC管即開關(guān)管。兩管的控制信號分別輸入到各自的門極和發(fā)射極之間，與每路控制信號輸入端相并聯(lián)的還有：負載電阻10KΩ、反向信號削波二極管和正向信號箝位二極管各一只。 </p><p>　　2.2

4、.1 開關(guān)管控制原理 </p><p>　　每個功率模塊上都附有一個功率開關(guān)控制板，用它來控制保護管和開關(guān)管，由于功率開關(guān)模塊及其控制器都懸浮于高電位，所以它同低電位處的控制信號依靠兩條高絕緣的光纜相聯(lián)系。其中，一條光纜用于接收來自循環(huán)調(diào)制器的合或斷開關(guān)管的指令信號；另一條光纜用于傳遞本塊功率開關(guān)是否工作正常的信息。 </p><p>　　開關(guān)管的控制信號經(jīng)圖1所示電路引入它的門極，當某個

5、PSM開關(guān)的合閘信號由電信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘枙r，它通過光纜傳送到一個對號的光電管，即圖1的U8。U8受光導通并輸出低電平。其后的與非門U11B有一輸入端固定為高電平，它和來自U8的低電平相“與”而又倒相后為1信號。這個1信號輸入到與非門U11D的一端，它的另一個輸出端在過載鎳絲保護不起作用時也是1信號，故其輸出為0信號。再經(jīng)非門U12為1信號、即高電平，所以開關(guān)管門極得高電平觸發(fā)而導通。這相當于同U8對號的PSM開關(guān)被合上，反之，當上述PS

6、M開關(guān)受拉閘信號控制時，U8沒有光輸入，相應(yīng)開關(guān)管的門極輸入為低電平，即對號的PSM開關(guān)被拉開。 </p><p>　　當過載電流達到整定值時，鎳絲兩端的電壓降上升到0.75V，使光電耦合器U14二極管發(fā)光，并促使它的三極管飽和導電。這樣，U14的三極管集電極就由截止時的高電平翻轉(zhuǎn)為飽和導電時的低電平，去對定時器U10的8號端觸發(fā)，從而使它的9號段輸出高電平，經(jīng)三級非門轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖捷敵觯蚨箤?yīng)的開關(guān)管拉開，防

7、范了過載事故。U10輸出高電平的延時t=1.1R24C26=1.1×47×103×10×10-6 =517ms。 </p><p>　　2.2.2 保護管控制原理 </p><p>　　保護管的控制電源來自1號輔助整流器，其輸出電壓為12V，相應(yīng)的正、負端分別標示為12VA和A。其中的A端與對號PSM開關(guān)保護管的輸出端，即該管的發(fā)射極相連。保護管的控

8、制信號電路如圖1所示。在圖1中，U2的同相輸入端由12VA經(jīng)1：2分壓器的6V，其反相輸入端由12VA經(jīng)1kΩ電阻和穩(wěn)壓管引取5.1V（<6V），故正常輸出應(yīng)為高電平。啟動時，因為0.1uF電容器有一個充電的過程，所以U2的輸出由低電平轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖揭?jīng)歷一定的的延時。根據(jù)有關(guān)電路的充電微分方程可以解得電容器上的暫態(tài)電壓為：Uc=Ri≥5.1V這說明U2的輸出在合電后0.095ms才由低電平變?yōu)楦唠娖?。這個充電電路的主要作用是：當外

9、電瞬時降低時，依靠0.1uF電容的儲能，可以防止U2立即輸出低電平而拉開保護管。 </p><p>　　圖1中的U9、Q1和U7組成同步檢測保護電路，在正常情況下，U7的二極管不發(fā)光、三極管不導電，故對U2的輸出電平無影響。圖中的U4是4093B型三與非門集成塊中的兩個與非門，并由兩者組成基本R-S觸發(fā)器。其中有引出線的輸出端為Q，單純反饋并不引出的輸出端是Q（―），與Q對應(yīng)的輸入端是S（―）d，與Q（―）對應(yīng)的

10、輸入端是R（―）d。當S（―）d =R（―）d =1時，Qn+1=Qn，即輸出是0還是1取決于原有的狀態(tài)。然而由于在R（―）d端的降壓電阻前還接有100KΩ和10uF的充電電路，所以另有特點，啟動時U2經(jīng)過0.095ms輸出高電平，即S（―）d =1。R（―）d要經(jīng)過一定的充電時間才能建立高電平，而且阻容串聯(lián)電路在外施電壓E作用下的充電電壓為：Uc=E*（1-e-）式中：E=12v，R=100KΩ，C=10mF；若以U2同相端經(jīng)過充電達

11、到51.V的時間t=0.095ms代入上式，可算得uc=0.0001V。此電壓很小，相當于電平為R（―）d =0。根據(jù)S（―）d =1、R（―）d =0得Q=0.此邏輯電平經(jīng)一級非門轉(zhuǎn)變?yōu)?信號輸入到保護管門極，從而使保護管開通。當R（―）d輸入電</p><p>　　3 IGBT擊穿對發(fā)射機指標的影響 </p><p>　　在發(fā)射機運行中，當功率模塊的IGBT擊穿后，加高壓功率降至零時會

12、出現(xiàn)高末屏壓表有500V的靜態(tài)電壓，該模塊的輸出指示燈DS2一直亮。也就是說只要一加高壓，故障模塊的IGBT已經(jīng)不受光信號的控制，整流輸出電壓直接加到高末電子管屏極。在滿功率時測試發(fā)射機雜音指標，測試值為-34dB左右，雜音指標變差。 </p><p>　　正常工作時，功率開關(guān)模塊上的IGBT的開關(guān)管被擊穿時，功率開關(guān)控制小板的失步保護電路檢測開關(guān)管已被擊穿，會斷開保護管，保護管被切斷后，本板的外電檢測電路不再發(fā)

13、出37KHz信號通知本機的開關(guān)狀態(tài)板。開關(guān)狀態(tài)板對應(yīng)電路不動作，開關(guān)狀態(tài)板對應(yīng)模塊工作狀態(tài)指示燈滅，循環(huán)調(diào)制器就會自動將這一個功率開關(guān)跳過，此功率開關(guān)從高壓供電系統(tǒng)中脫開。發(fā)射機正常工作，而當功率開關(guān)模塊的IGBT的開關(guān)管和保護管均已被擊穿的情況，失步保護電路試圖斷開保護管，而保護管也被擊穿，無法斷開，本板的外電檢測電路依然發(fā)出信號。通知開關(guān)狀態(tài)板；此功率開關(guān)模塊在正常工作，開關(guān)狀態(tài)板對應(yīng)模塊工作狀態(tài)指示燈亮著。循環(huán)調(diào)制器依然按“先合先

14、斷，先斷先合”的原則讓這個功率開關(guān)循環(huán)通斷。功率開關(guān)控制器控制功率開關(guān)合上時，IGBT的開關(guān)管和保護管均已被擊穿，這個功率開關(guān)輸出電壓，而當功率開關(guān)控制器控制功率開關(guān)斷開時，由于IGBT的開關(guān)管和保護管均已被擊穿，無法斷開，此功率開關(guān)繼續(xù)供電，此時PSM調(diào)制器輸出的高壓比正常時多出了一個功率開關(guān)模塊電壓（約680V），形成一個方波的噪聲，PSM系統(tǒng)用于PDM補償?shù)娜遣ㄐ盘栴l率fc‘約為70KHz～</p><p&g

15、t;　　這個噪聲是因為1.5KHz～2.5KHz的頻率上多合上一個功率開關(guān)，所以產(chǎn)生的噪聲是一個1.5KHz～2.5KHz的方波，PSM系統(tǒng)的鎮(zhèn)噪板按“靜態(tài)使用，動態(tài)停用”的原則工作，在無調(diào)制信號時（靜態(tài)），由于射頻信號通過包絡(luò)檢波器和雙向限幅器取得音頻噪音分量，經(jīng)反向后加入音頻調(diào)制信號中，用來抵消原有噪音，來改善整機的雜音電平，這個由于功率開關(guān)模塊擊穿產(chǎn)生的方波噪音信號的平直階段。就可以應(yīng)用PSM系統(tǒng)的鎮(zhèn)噪器，在方波的開始上升及下降階

16、段，當鎮(zhèn)噪器還沒有停用時，在音頻通路板中就已經(jīng)增加了反向檢波信號。在此基礎(chǔ)上就可以得到正常工作狀態(tài)的方波。 </p><p><b>　　4 結(jié)束語 </b></p><p>　　DF100A型短波發(fā)射機在運行一段時間后，模塊上的IGBT擊穿就會影響到發(fā)射機的信噪比，導致發(fā)射機播出質(zhì)量差。因此要加強發(fā)射機的維護及管理，借助一些細微變化，找出可能的故障并及時消除，確保發(fā)